JP7626221B2 - Interpolation device, gait measurement system, interpolation method, and program - Google Patents
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Description
本開示は、時系列データの欠損を補間する補間装置等に関する。 The present disclosure relates to an interpolation device that interpolates missing time series data.
体調管理を行うヘルスケアへの関心の高まりから、歩行パターンに含まれる特徴(歩容とも呼ぶ)を計測し、歩容に応じた情報をユーザに提供するサービスが注目されている。例えば、慣性センサを含む計測装置を靴等の履物に実装し、ユーザの歩容を解析する装置が開発されている。このような歩容解析においては、センサによって計測されたデータ(センサデータとも呼ぶ)を計測装置から無線送信する際に、通信障害などの要因によって、データの欠損が発生することがある。 With growing interest in health care for managing physical condition, attention is being paid to services that measure the characteristics contained in walking patterns (also called gait) and provide users with information corresponding to their gait. For example, devices have been developed that analyze a user's gait by mounting a measurement device including an inertial sensor on footwear such as shoes. In such gait analysis, when data measured by a sensor (also called sensor data) is wirelessly transmitted from the measurement device, data loss can occur due to factors such as communication failure.
特許文献1には、足が地面に接地している期間(立脚相)と、足が地面から離れている期間(遊脚相)とで異なる特性を示すドリフトを除去することを目的とした歩容計測システムについて開示されている。特許文献1のシステムは、慣性計測ユニットによって計測される加速度データから少なくとも一つの歩行フェーズを検出するとともに、加速度データを時間積分して速度データを計算する。特許文献1のシステムは、歩行フェーズと速度データに基づいて、それぞれの歩行フェーズに対応する補正量を計算する。特許文献1のシステムは、それぞれの歩行フェーズに対応する速度データから補正量を減じて補正速度データを計算し、算出した補正速度データを時間積分して軌跡データを計算する。
特許文献2には、入力信号の欠落部分を補間する信号補間方式について開示されている。特許文献2の方式では、入力信号の欠落以前の信号の周期を検出し、検出された入力信号を蓄積する。特許文献2の方式では、入力信号の検出に応じて、蓄積された信号を読み出して、欠落部分を補間する。特許文献2の方式では、入力信号の欠落開始時点の極性およびレベルを識別し、欠落直前の入力信号との連続性を保つ極性およびレベルの蓄積波形信号を順次読み出す。特許文献2の方式では、蓄積波形信号のレベルを入力信号のレベルに次第に近似させることで、入力信号の欠落部分を連続性が保たれるように補間する。
特許文献3には、ネットワークに接続されたセンサや機器によって計測されるデータの欠損を補間するデータ補間装置について開示されている。特許文献3の装置は、データの時系列モデルと、データの欠損を補間する補間方法とを格納する。補間方法は、時系列モデルにおいて、データの時間変化が共通する範囲として特定されるフェーズに対応する。特許文献3の装置は、外部装置から出力されるデータを外部装置ごとに蓄積し、蓄積されたデータの時間変化パターンがいずれの時系列モデルに該当するかを判定する。特許文献3の装置は、蓄積されたデータの一部に含まれる欠損が、判定された時系列モデルのいずれのフェーズに位置しているかを判定し、判定されたフェーズに応じた補間方法で欠損を補間する。
特許文献4には、生体情報に含まれる欠落部分を補完する生体情報測定装置について開示されている。特許文献4の装置は、脈波センサおよび心電センサによって計測された時系列データ(生体情報)に含まれる欠落部分を補完する。特許文献4の装置は、二つのセンサによって計測された時系列データのうち、一方のセンサによって計測されたデータの欠落部分を、他方のセンサによって計測されたデータに基づいて補完する。特許文献4の装置は、他方のセンサによって計測された時系列データの欠落部分の始点以前のデータのうち、欠落部分と同時刻の区間の時系列データとの相関を示す指標が所定の条件を満たす対応区間を特定する。特許文献4の装置は、一方のセンサによって計測されたデータのうち、対応区間と同時刻の区間の時系列データを用いて欠落部分を補完する。
特許文献1の手法によれば、立脚相や遊脚相のように、異なる歩行ピリオドにおいて明確に異なる特性を示すドリフトを除去することはできる。しかしながら、特許文献1の手法では、立脚相や遊脚相などの個々の歩行ピリオドにおいて局所的に発生した欠落部分を補間することができなかった。そのため、特許文献1の手法では、欠落部分に含まれる特徴までは復元することができなかった。
The method of
特許文献2の手法では、入力信号に欠落があった場合、欠落開始時から欠落終了時にかけて連続性が得られるように、蓄積された信号を繰り返し読み出して、欠落部分を補間する。特許文献2の手法によれば、入力信号の周期性や形状が単純な場合には、欠落部分を補間できる。しかしながら、特許文献2の手法では、センサデータのように規則性や波形が複雑な場合には、欠落開始時から欠落終了時にかけて連続性が得られるように、欠落部分を補間することが難しかった。そのため、特許文献2の手法では、欠落部分に含まれる特徴が失われてしまう可能性があった。In the method of
特許文献3の手法では、時系列モデルと補間方法を予め格納しておく必要がある。そのため、特許文献3の手法では、時系列モデルや補間方法を特定できない欠損に関しては、データの欠損を補間することができなかった。In the method of
特許文献4の手法では、同時刻に計測された互いに関連し合う二つの時系列データを対応させて、一方の時系列データの欠落部分を他方のデータに基づいて補完する。そのため、特許文献4の手法は、同時刻に計測された時系列データがない限り、欠落部分を補完することができなかった。In the method of
本開示の目的は、センサデータの時系列データに含まれるデータの欠損区間の特徴を含めて、欠損区間のデータを補間できる補間装置等を提供することにある。 The objective of the present disclosure is to provide an interpolation device, etc., capable of interpolating data in missing sections, including the characteristics of the missing sections of data contained in time series data of sensor data.
本開示の一態様の補間装置は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成するとともに、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する歩容情報処理部と、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する欠損情報処理部と、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、欠損区間の歩行フェーズのデータを用いて、欠損区間を補間する補間データを生成し、生成された補間データを欠損区間に補間する補間部と、を備える。 An interpolation device according to one aspect of the present disclosure includes a gait information processing unit that generates a walking waveform for each walking cycle using time-series data of sensor data relating to foot movement and identifies missing sections of data in the time-series data, a missing information processing unit that calculates the walking phase of the identified missing section, and an interpolation unit that generates interpolation data to interpolate the missing section using walking phase data of the missing section in a walking waveform of a walking cycle different from the walking cycle that includes the missing section, and interpolates the generated interpolation data into the missing section.
本開示の一態様の補間方法においては、コンピュータが、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成し、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定し、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算し、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、欠損区間の歩行フェーズのデータを用いて、欠損区間を補間する補間データを生成し、生成された補間データを欠損区間に補間する。In one embodiment of the interpolation method disclosed herein, a computer generates a gait waveform for each gait cycle using time series data of sensor data related to foot movement, identifies missing sections of data in the time series data, calculates the gait phase of the identified missing section, generates interpolation data that interpolates the missing section using data on the gait phase of the missing section in a gait waveform of a gait cycle different from the gait cycle that includes the missing section, and interpolates the generated interpolation data into the missing section.
本開示の一態様のプログラムは、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成する処理と、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する処理と、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する処理と、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、欠損区間の歩行フェーズのデータを用いて、欠損区間を補間する補間データを生成する処理と、生成された補間データを欠損区間に補間する処理と、をコンピュータに実行させる。 A program according to one embodiment of the present disclosure causes a computer to execute the following processes: generating a gait waveform for each gait cycle using time series data of sensor data relating to foot movement; identifying missing sections of data in the time series data; calculating the gait phase of the identified missing section; generating interpolation data that interpolates the missing section using data on the gait phase of the missing section in a gait waveform of a gait cycle different from the gait cycle that includes the missing section; and interpolating the generated interpolation data into the missing section.
本開示によれば、センサデータの時系列データに含まれるデータの欠損区間の特徴を含めて、欠損区間のデータを補間できる補間装置等を提供することが可能になる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an interpolation device, etc., that can interpolate data in missing sections, including the characteristics of the missing sections of data contained in time series data of sensor data.
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。 Below, the form for implementing the present invention is explained using the drawings. However, the embodiment described below has technically preferable limitations for implementing the present invention, but does not limit the scope of the invention to the following. In addition, in all the drawings used to explain the following embodiments, the same symbols are used for similar parts unless there is a special reason. Also, in the following embodiments, repeated explanations of similar configurations and operations may be omitted.
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係る歩容計測システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩容計測システムは、ユーザの履く履物に設置された計測装置によって、足の動きに関する物理量(センサデータ)を計測する。計測装置は、加速度センサや角速度センサを含む。例えば、足の動きに関する物理量は、加速度センサによって計測される3軸方向の加速度(空間加速度とも呼ぶ)や、角速度センサによって計測される3軸周りの角速度(空間角速度とも呼ぶ)を含む。本実施形態の歩容計測システムは、計測されたセンサデータの通信時などに発生したデータの欠損部分を補間する。
(First embodiment)
First, a gait measurement system according to a first embodiment will be described with reference to the drawings. The gait measurement system of this embodiment measures physical quantities (sensor data) related to foot movement by a measurement device installed in footwear worn by a user. The measurement device includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor. For example, the physical quantities related to foot movement include acceleration in three axial directions (also called spatial acceleration) measured by an acceleration sensor and angular velocity around three axes (also called spatial angular velocity) measured by an angular velocity sensor. The gait measurement system of this embodiment interpolates missing parts of data that occur during communication of measured sensor data, etc.
(構成)
図1は、本実施形態の歩容計測システム1の構成を示すブロック図である。歩容計測システム1は、計測装置11、補間装置12、および歩容計測装置13を備える。補間装置12は、計測装置11および歩容計測装置13に有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、計測装置11、補間装置12、および歩容計測装置13は、単一の装置で構成されてもよい。また、歩容計測システム1は、計測装置11を除き、補間装置12および歩容計測装置13で構成されてもよい。
(composition)
1 is a block diagram showing the configuration of a
計測装置11は、足部に設置される。例えば、計測装置11は、靴等の履物に設置される。例えば、計測装置11は、足弓の裏側の位置に配置される。計測装置11は、加速度センサおよび角速度センサを含む。計測装置11は、履物を履くユーザの足の動きに関する物理量として、加速度センサによって計測される加速度(空間加速度とも呼ぶ)や、角速度センサによって計測される角速度(空間角速度とも呼ぶ)を計測する。計測装置11が計測する足の動きに関する物理量には、加速度や角速度を積分することによって計算される速度や角度、位置(軌跡)も含まれる。計測装置11は、計測された物理量をデジタルデータ(センサデータとも呼ぶ)に変換する。計測装置11は、変換後のセンサデータを補間装置12に送信する。センサデータには、センサデータが取得された時刻に対応するタイムスタンプを含む。タイムスタンプは、センサデータに付与された時系列の番号である。例えば、計測装置11は、ユーザが携帯する携帯端末(図示しない)を介して、補間装置12に接続される。The measuring
携帯端末(図示しない)は、ユーザによって携帯可能な通信機器である。例えば、携帯端末は、スマートフォンやスマートウォッチ、携帯電話等の通信機能を有する携帯型の通信機器である。携帯端末は、ユーザの足の動きに関するセンサデータを計測装置11から受信する。携帯端末は、受信されたセンサデータを、補間装置12が実装されたサーバやクラウド等に送信する。なお、補間装置12や歩容計測装置13の機能は、携帯端末にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって実現されていてもよい。その場合、携帯端末は、受信されたセンサデータを、自身にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって処理する。
The mobile terminal (not shown) is a communication device that can be carried by a user. For example, the mobile terminal is a portable communication device with communication functions such as a smartphone, a smart watch, or a mobile phone. The mobile terminal receives sensor data related to the movement of the user's feet from the
計測装置11は、例えば、加速度センサと角速度センサを含む慣性計測装置によって実現される。慣性計測装置の一例として、IMU(Inertial Measurement Unit)があげられる。IMUは、3軸方向の加速度を計測する加速度センサと、3軸周りの角速度を計測する角速度センサを含む。また、計測装置11は、VG(Vertical Gyro)やAHRS(Attitude Heading)などの慣性計測装置によって実現されてもよい。また、計測装置11は、GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)によって実現されてもよい。The
図2は、計測装置11を靴100の中に配置する一例を示す概念図である。図2の例では、計測装置11は、足弓の裏側に当たる位置に配置される。例えば、計測装置11は、靴100の中に挿入されるインソールに配置される。例えば、計測装置11は、靴100の底面に配置される。例えば、計測装置11は、靴100の本体に埋設されてもよい。計測装置11は、靴100から着脱できてもよいし、靴100から着脱できなくてもよい。なお、計測装置11は、足の動きに関するセンサデータを取得できさえすれば、足弓の裏側ではない位置に配置されてもよい。また、計測装置11は、ユーザが履く靴下や、ユーザが装着するアンクレット等の装飾品に設置されてもよい。また、計測装置11は、足に直に貼り付けられたり、足に埋め込まれたりしてもよい。図2においては、右足側の靴100に計測装置11が配置される例を示すが、両足分の靴100に計測装置11が配置されてもよい。両足分の靴100に計測装置11が配置されれば、両足分の足の動きに基づいて、歩容を計測できる。2 is a conceptual diagram showing an example of the arrangement of the measuring
図3は、計測装置11を足弓の裏側に設置する場合に、計測装置11に設定されるローカル座標系(x軸、y軸、z軸)と、地面に対して設定される世界座標系(X軸、Y軸、Z軸)について説明するための概念図である。世界座標系(X軸、Y軸、Z軸)では、ユーザが直立した状態で、ユーザの横方向がX軸方向(右向きが正)、ユーザの正面の方向(進行方向)がY軸方向(前向きが正)、重力方向がZ軸方向(鉛直上向きが正)に設定される。本実施形態においては、計測装置11を基準とするx方向、y方向、およびz方向からなるローカル座標系を設定する。3 is a conceptual diagram for explaining the local coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) set in the measuring
図4は、右足を基準とする一歩行周期について説明するための概念図である。図4は、右足の踵が地面に着地した時点を起点とし、次に右足の踵が地面に着地した時点を終点とする、右足の一歩行周期を表す。図4は、右足の一歩行周期を100%として、正規化された歩行周期である。片足の一歩行周期は、足の裏側の少なくとも一部が地面に接している立脚相と、足の裏側が地面から離れている遊脚相とに大別される。本実施形態においては、立脚相が60%を占め、遊脚相が40%を占めるように、歩行周期を正規化する。立脚相は、さらに、立脚初期T1、立脚中期T2、立脚終期T3、遊脚前期T4に細分される。遊脚相は、さらに、遊脚初期T5、遊脚中期T6、遊脚終期T7に細分される。なお、一歩行周期分の歩行波形は、踵が地面に着地した時点を起点としなくてもよい。例えば、一歩行周期分の歩行波形は、踵が持ち上がる時点を起点および終点としてもよい。 Figure 4 is a conceptual diagram for explaining a step cycle based on the right foot. Figure 4 shows one walking cycle of the right foot, starting from the time when the heel of the right foot lands on the ground and ending from the time when the heel of the right foot lands on the ground. Figure 4 shows a walking cycle normalized by setting one walking cycle of the right foot as 100%. One walking cycle of one foot is roughly divided into a stance phase in which at least a part of the sole of the foot is in contact with the ground, and a swing phase in which the sole of the foot is off the ground. In this embodiment, the walking cycle is normalized so that the stance phase accounts for 60% and the swing phase accounts for 40%. The stance phase is further divided into an early stance phase T1, a mid stance phase T2, a final stance phase T3, and a pre-swing phase T4. The swing phase is further divided into an early swing phase T5, a mid swing phase T6, and a final swing phase T7. The walking waveform for one step cycle does not have to start from the time when the heel hits the ground. For example, the walking waveform for one step cycle may start and end from the time when the heel lifts off the ground.
図4(a)は、右足の踵が接地する事象(踵接地)を表す(HS:Heel Strike)。図4(b)は、右足の足裏の接地面が接地した状態で、左足の爪先が地面から離れる事象(反対足爪先離地)を表す(OTO:Opposite Toe Off)。図4(c)は、右足の足裏の接地面が接地した状態で、右足の踵が持ち上がる事象(踵持ち上がり)を表す(HR:Heel Rise)。図4(d)は、左足の踵が接地した事象(反対足踵接地)である(OHS:Opposite Heel Strike)。図4(e)は、左足の足裏の接地面が接地した状態で、右足の爪先が地面から離れる事象(爪先離地)を表す(TO:Toe Off)。図4(f)は、左足の足裏の接地面が接地した状態で、左足と右足が交差する事象(足交差)を表す(FA:Foot Adjacent)。図4(g)は、左足の足裏が接地した状態で、右足の脛骨が地面に対してほぼ垂直になる事象(脛骨垂直)を表す(TV:Tibia Vertical)。図4(h)は、右足の踵が接地する事象(踵接地)を表す(HS:Heel Strike)。図4(h)は、図4(a)から始まる歩行周期の終点に相当するとともに、次の歩行周期の起点に相当する。 Figure 4(a) shows an event where the heel of the right foot touches the ground (heel strike) (HS: Heel Strike). Figure 4(b) shows an event where the toe of the left foot leaves the ground (opposite toe off) while the sole of the right foot is in contact with the ground (OTO: Opposite Toe Off). Figure 4(c) shows an event where the heel of the right foot rises (heel rise) while the sole of the right foot is in contact with the ground (HR: Heel Rise). Figure 4(d) shows an event where the heel of the left foot touches the ground (opposite heel strike) (OHS: Opposite Heel Strike). Figure 4(e) shows an event where the toe of the right foot leaves the ground (toe off) while the sole of the left foot is in contact with the ground (TO: Toe Off). Fig. 4(f) shows an event where the left and right feet cross (foot crossing) with the sole of the left foot touching the ground (FA: Foot Adjacent). Fig. 4(g) shows an event where the tibia of the right foot is almost perpendicular to the ground (TV: Tibia Vertical) with the sole of the left foot touching the ground. Fig. 4(h) shows an event where the heel of the right foot touches the ground (heel strike) (HS: Heel Strike). Fig. 4(h) corresponds to the end point of the walking cycle that starts from Fig. 4(a) and corresponds to the starting point of the next walking cycle.
立脚初期T1は、踵接地HSから反対足爪先離地OTOまでの期間である。立脚中期T2は、反対足爪先離地OTOから踵持ち上がりHRまでの期間である。立脚終期T3は、踵持ち上がりHRから反対足踵接地OHSまでの期間である。遊脚前期T4は、反対足踵接地OHSから爪先離地TOまでの期間である。遊脚初期T5は、爪先離地TOから足交差FAまでの期間である。遊脚中期T6は、足交差FAから脛骨垂直TVまでの期間である。遊脚終期T7は、脛骨垂直TVから踵接地HSまでの期間である。なお、歩行イベントが発現するタイミングは、人物や身体状態、歩行状態に応じて異なるため、想定される歩行周期と完全に一致するとは限らない。 The initial stance phase T1 is the period from heel-on-striking HS to toe-off OTO. The mid-stance phase T2 is the period from toe-off OTO to heel-lift HR. The final stance phase T3 is the period from heel-lift HR to heel-on-striking OHS. The early swing phase T4 is the period from heel-on-striking OHS to toe-off TO. The initial swing phase T5 is the period from toe-off TO to foot crossing FA. The mid-striking phase T6 is the period from foot crossing FA to tibia vertical TV. The final swing phase T7 is the period from tibia vertical TV to heel-on-striking HS. The timing at which walking events occur varies depending on the person, physical condition, and walking state, and does not necessarily match the expected walking cycle.
歩行動作においては、図4のように、周期的な動作が繰り返される。そのため、異なる歩行周期の同じタイミング(歩行フェーズとも呼ぶ)において使われる骨格と筋肉は、ほぼ同じである。そのため、歩行に伴って計測されるセンサデータの時系列データの波形は、各歩行フェーズにおいて相似する。本実施形態では、欠損の補間対象の歩行周期とは異なる歩行周期の時系列データに含まれる欠損のないデータを用いて、欠損の補間対象の歩行周期の時系列データの欠損区間を補間する。In walking, periodic movements are repeated as shown in FIG. 4. Therefore, the skeleton and muscles used at the same timing (also called walking phase) in different walking cycles are almost the same. Therefore, the waveforms of the time series data of the sensor data measured during walking are similar in each walking phase. In this embodiment, missing sections of the time series data of the walking cycle to be interpolated are interpolated using data without missing parts contained in the time series data of a walking cycle different from the walking cycle to be interpolated.
補間装置12は、計測装置11からセンサデータを受信する。補間装置12は、受信したセンサデータの時系列データを生成する。補間装置12は、センサデータに含まれるタイムスタンプに基づいて、時系列データを生成する。補間装置12は、生成された時系列データから一歩行周期分の波形を切り出す。例えば、補間装置12は、踵接地や踵持ち上がりのタイミングを起点とする一歩行周期分の波形を切り出す。補間装置12は、切り出された一歩行周期分の波形を正規化して、一歩行周期分の波形(歩行波形とも呼ぶ)を生成する。
The
補間装置12は、センサデータの時系列データにおいて、タイムスタンプの番号が抜けている部分を欠損区間として特定する。補間装置12は、欠損区間と同じ歩行フェーズにおいて欠損のない他の歩行周期における歩行波形を用いて、欠損区間のデータを補間するための補間データを生成する。補間装置12は、生成された補間データを用いて、欠損区間を補間する。The
図5は、正常波形と、欠損を含む波形(欠損波形とも呼ぶ)とを比較するための概念図である。図5は、踵持ち上がりを起点とする一歩行周期の進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形である。図5の欠損波形には、二か所の欠損区間が含まれる。図5のように、欠損区間のデータには、歩行の特徴が含まれる可能性がある。 Figure 5 is a conceptual diagram for comparing a normal waveform with a waveform that includes missing parts (also called a missing waveform). Figure 5 is a walking waveform of forward acceleration (Y-direction acceleration) in a step cycle starting from heel lift. The missing waveform in Figure 5 includes two missing sections. As shown in Figure 5, the data in the missing sections may include gait characteristics.
図6は、関連技術における、時系列データの欠損区間の補間の一例について説明するための概念図である。図6は、時系列データに含まれるセンサデータのタイムスタンプを参照して、解析的な手法で欠損区間のデータを補間する例を示す。図6には、欠損区間の始点と終点を線分(一次関数)で接続する線形補間(破線)と、欠損区間の始点と終点を曲線で接続する多項式補間(一点鎖線)とを示す。線形補間では、欠損区間の始点と終点が線分で結ばれる。線形補間では、時系列データに表れる振幅の凹凸を復元することができないため、凹凸を含む区間の特徴を復元することができない。多項式補間では、欠損区間の始点と終点が曲線で結ばれる。多項式補間では、時系列データの凹凸を大まかに復元することはできるものの、凹凸の部分に含まれる細かい特徴を復元することができない。 FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining an example of interpolation of missing sections of time series data in the related art. FIG. 6 shows an example of interpolating data of missing sections by an analytical method with reference to the time stamps of sensor data included in the time series data. FIG. 6 shows linear interpolation (dashed line) that connects the start point and end point of the missing section with a line segment (linear function) and polynomial interpolation (dash-dotted line) that connects the start point and end point of the missing section with a curve. In linear interpolation, the start point and end point of the missing section are connected with a line segment. In linear interpolation, the unevenness of the amplitude appearing in the time series data cannot be restored, and therefore the characteristics of the section including the unevenness cannot be restored. In polynomial interpolation, the start point and end point of the missing section are connected with a curve. In polynomial interpolation, the unevenness of the time series data can be roughly restored, but the fine features included in the unevenness cannot be restored.
図7は、本実施形態における、時系列データの欠損区間の復元の一例について説明するための概念図である。図7の例では、歩行周期i~i+3の歩行波形の各々に含まれる欠損区間S1~S5のデータを相互に補間する(iは自然数)。歩行周期iの歩行波形は、欠損区間S1および欠損区間S5を含む。歩行周期i+1の歩行波形は、欠損区間S2および欠損区間S3を含む。歩行周期i+2の歩行波形は、欠損区間S4を含む。歩行周期i+3の歩行波形は、欠損区間を含まない。 Figure 7 is a conceptual diagram for explaining an example of restoration of missing sections of time series data in this embodiment. In the example of Figure 7, data of missing sections S1 to S5 contained in each of the walking waveforms of walking cycles i to i+3 are mutually interpolated (i is a natural number). The walking waveform of walking cycle i includes missing sections S1 and S5. The walking waveform of walking cycle i+1 includes missing sections S2 and S3. The walking waveform of walking cycle i+2 includes missing section S4. The walking waveform of walking cycle i+3 does not include any missing sections.
補間装置12は、歩行周期i+1~3の歩行波形に含まれる欠損区間S1に対応する歩行フェーズのデータを用いて、歩行周期iの歩行波形に含まれる欠損区間S1を補間する。補間装置12は、歩行周期i+1~3の歩行波形に含まれる欠損区間S5に対応する歩行フェーズのデータを用いて、歩行周期iの歩行波形に含まれる欠損区間S5を補間する。補間装置12は、歩行周期i+1の歩行波形に含まれる欠損区間S2を、歩行周期i、i+2~3の歩行波形に含まれる欠損区間S2に対応する歩行フェーズのデータで補間する。補間装置12は、歩行周期i+1の歩行波形に含まれる欠損区間S3を、歩行周期i、i+2~3の歩行波形に含まれる欠損区間S3に対応する歩行フェーズのデータで補間する。補間装置12は、歩行周期i+2の歩行波形に含まれる欠損区間S4を、歩行周期i~i+1、i+3の歩行波形に含まれる欠損区間S4に対応する歩行フェーズのデータで補間する。The
例えば、補間装置12は、ある時系列データで発生した時系列データの欠損区間に関して、その欠損区間のデータが欠損していない少なくとも一つの歩行波形から、その欠損区間に対応する歩行フェーズのデータを少なくとも一つ選択する。例えば、補間装置12は、選択されたデータを用いて、欠損区間を補間するための補間データを生成する。For example, for a missing section of time series data that occurs in certain time series data, the
例えば、補間装置12は、ある時系列データで発生した時系列データの欠損区間に関して、その欠損区間のデータが欠損していない複数の歩行波形から、その欠損区間に対応する歩行フェーズのデータを複数選択する。補間装置12は、選択された複数のデータに対して加算平均や加重平均などの平均値を計算し、算出された平均値を用いて、欠損区間を補間するための補間データを生成する。例えば、補間装置12は、選択された複数のデータのうち、欠損区間の始点および終点の値が最も近いデータを用いて、補間データを生成する。For example, for a missing section of time series data occurring in certain time series data, the
例えば、補間装置12は、欠損区間の歩行ピリオドに応じて、欠損区間のデータを補間する手法を選択してもよい。例えば、進行方向の加速度(Y方向加速度)の波形は、立脚相の期間においては変動が小さく、遊脚相の期間においては変動が大きい。そのため、補間装置12は、立脚相において発生した欠損区間に関しては解析的な手法で欠損区間のデータを補間し、遊脚相において発生した欠損区間に関しては他の歩行周期の歩行波形に基づいて欠損区間のデータを補間するように構成されてもよい。
For example, the
例えば、補間装置12は、図示しないサーバ等に実装される。例えば、補間装置12は、アプリケーションサーバによって実現されてもよい。例えば、補間装置12は、携帯端末(図示しない)にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって実現されてもよい。For example, the
歩容計測装置13は、補間装置12から、欠損区間を含まない歩行波形を取得する。歩容計測装置13は、取得した歩行波形を用いて、歩容に関する計測を実行する。例えば、歩容計測装置13は、歩行波形から歩行イベントを検出し、検出された歩行イベントに基づいて、ユーザの歩容を計測する。例えば、歩容計測装置13は、検出された歩行イベントに基づいて、ストライド長やステップ長、歩幅、歩隔、足角、歩行速度などの歩容を計測する。例えば、歩容計測装置13は、計測された歩容に基づいて、回内/回外の度合や、外反母趾の進行度、身体の対称性、身体の柔軟度などの身体的な状態を推定してもよい。例えば、歩容計測装置13は、計測された歩容に基づいて、上肢や下肢、上腕、前腕、上腿、下腿の長さなどの身体パラメータを計測してもよい。歩容計測装置13による計測対象項目には、特に限定を加えない。The
歩容計測装置13は、歩容に関する計測結果(歩容情報とも呼ぶ)を出力する。例えば、歩容計測装置13は、表示装置(図示しない)や携帯端末(図示しない)に歩容情報を出力する。表示装置に出力された歩容情報は、表示装置や携帯端末の画面に表示される。例えば、歩容計測装置13は、外部システム(図示しない)に歩容情報を出力する。歩容計測装置13から出力される歩容情報は、任意の用途に使用できる。歩容計測装置13が歩容情報を出力する通信機能については、特に限定を加えない。
The
例えば、歩容計測装置13は、図示しないサーバ等に実装される。例えば、歩容計測装置13は、アプリケーションサーバによって実現されてもよい。例えば、歩容計測装置13は、携帯端末(図示しない)にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって実現されてもよい。For example, the
〔計測装置〕
次に、計測装置11の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図8は、計測装置11の詳細構成の一例を示すブロック図である。計測装置11は、加速度センサ111、角速度センサ112、制御部113、および送信部115を有する。なお、計測装置11は、図示しない電源を含む。
[Measuring equipment]
Next, a detailed configuration of the
加速度センサ111は、3軸方向の加速度(空間加速度とも呼ぶ)を計測するセンサである。加速度センサ111は、計測した加速度を制御部113に出力する。例えば、加速度センサ111には、圧電型や、ピエゾ抵抗型、静電容量型等の方式のセンサを用いることができる。なお、加速度センサ111に用いられるセンサは、加速度を計測できれば、その計測方式に限定を加えない。The
角速度センサ112は、3軸方向の角速度(空間角速度とも呼ぶ)を計測するセンサである。角速度センサ112は、計測した角速度を制御部113に出力する。例えば、角速度センサ112には、振動型や静電容量型等の方式のセンサを用いることができる。なお、角速度センサ112に用いられるセンサは、角速度を計測できれば、その計測方式に限定を加えない。
制御部113は、加速度センサ111および角速度センサ112の各々から、3軸方向の加速度と3軸周りの角速度を取得する。制御部113は、取得した加速度および角速度をデジタルデータに変換し、変換後のデジタルデータ(センサデータとも呼ぶ)を送信部115に出力する。センサデータには、デジタルデータに変換された加速度データと、デジタルデータに変換された角速度データとが少なくとも含まれる。加速度データは、3軸方向の加速度ベクトルを含む。角速度データは、3軸周りの角速度ベクトルを含む。なお、加速度データおよび角速度データには、それらのデータの取得時間が紐付けられる。また、制御部113は、取得した加速度データおよび角速度データに対して、実装誤差や温度補正、直線性補正などの補正を加えたセンサデータを出力するように構成してもよい。また、制御部113は、取得した加速度データおよび角速度データを用いて、3軸周りの角度データを生成してもよい。The
例えば、制御部113は、計測装置11の全体制御やデータ処理を行うマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラである。例えば、制御部113は、CPU(Central Processing Unit)やRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等を有する。制御部113は、加速度センサ111および角速度センサ112を制御して角速度や加速度を計測する。例えば、制御部113は、計測された角速度および加速度等の物理量(アナログデータ)をAD変換(Analog-to-Digital Conversion)する。制御部113は、変換後のデジタルデータをフラッシュメモリ等の記憶部(図示しない)に記憶させる。なお、加速度センサ111および角速度センサ112によって計測された物理量(アナログデータ)は、加速度センサ111および角速度センサ112の各々においてデジタルデータに変換されてもよい。記憶部に記憶されたデジタルデータは、所定のタイミングで送信部115に出力される。For example, the
送信部115は、制御部113からセンサデータを取得する。送信部115は、取得したセンサデータを補間装置12に送信する。例えば、送信部115は、ケーブルなどの有線を介して、センサデータを補間装置12に送信する。例えば、送信部115は、無線通信を介して、センサデータを補間装置12に送信する。例えば、送信部115は、Bluetooth(登録商標)やWiFi(登録商標)などの規格に則した無線通信機能(図示しない)を介して、センサデータを補間装置12に送信するように構成される。なお、送信部115の通信機能は、Bluetooth(登録商標)やWiFi(登録商標)以外の規格に則していてもよい。The transmitting
〔補間装置〕
次に、補間装置12の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図9は、補間装置12の詳細構成について説明するためのブロック図である。補間装置12は、受信部121、歩容情報処理部122、欠損情報処理部123、記憶部125、補間部126、および送信部128を有する。
[Interpolation device]
Next, a detailed configuration of the
受信部121は、計測装置11からセンサデータを受信する。受信部121は、受信したセンサデータを歩容情報処理部122に出力する。例えば、受信部121は、ケーブルなどの有線を介して、センサデータを計測装置11から受信する。例えば、受信部121は、無線通信を介して、センサデータを計測装置11から受信する。例えば、受信部121は、Bluetooth(登録商標)やWiFi(登録商標)などの規格に則した無線通信機能(図示しない)を介して、センサデータを計測装置11から受信するように構成される。なお、受信部121の通信機能は、Bluetooth(登録商標)やWiFi(登録商標)以外の規格に則していてもよい。The receiving
歩容情報処理部122は、計測装置11が設置された靴100を履いたユーザの歩行に伴って計測されたセンサデータを、受信部121から取得する。歩容情報処理部122は、センサデータに含まれるタイムスタンプに基づいて、取得したセンサデータの時系列データを生成する。例えば、歩容情報処理部122は、取得されたセンサデータの座標系を、ローカル座標系から世界座標系に変換する。The gait
歩容情報処理部122は、センサデータを用いて、足の動きに関する物理量の時系列データを生成する。例えば、歩容情報処理部122は、空間加速度や空間角速度などの時系列データを生成する。また、歩容情報処理部122は、空間加速度や空間角速度を積分し、空間速度や空間角度(足底角)、空間軌跡などの時系列データを生成する。これらの時系列データが歩行波形に相当する。歩容情報処理部122は、一般的な歩行周期や、ユーザに固有の歩行周期に合わせて設定された所定のタイミングや時間間隔において、時系列データを生成する。歩容情報処理部122が時系列データを生成するタイミングは、任意に設定できる。例えば、歩容情報処理部122は、ユーザの歩行が継続されている期間、時系列データを生成し続けるように構成される。また、歩容情報処理部122は、特定のタイミングにおいて、時系列データを生成するように構成されてもよい。The gait
歩容情報処理部122は、生成された時系列データから一歩行周期分の波形を切り出す。例えば、歩容情報処理部122は、踵接地を起点とする一歩行周期分の波形を切り出す。例えば、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、踵接地のタイミングを検出する。一歩行周期分の進行方向加速度の歩行波形において、踵接地のタイミングは、最小ピークが検出されるタイミングと、最小ピークの次に現れる極大ピークが検出されるタイミングとの中点のタイミングである。例えば、歩容情報処理部122は、先行する踵接地のタイミングを起点とし、後続する踵接地のタイミングを終点とする時系列データを、踵接地を起点とする一歩行周期分の波形として切り出す。The gait
例えば、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の進行方向加速度の歩行波形において、爪先離地のタイミングを検出する。一歩行周期分の進行方向加速度の歩行波形において、爪先離地のタイミングは、最大ピークに含まれる二つの山の間に表れる谷のタイミングである。例えば、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の進行方向加速度の歩行波形において、最大ピークに含まれる二つの山の間に表れる谷のタイミングを、爪先離地のタイミングとして検出する。For example, the gait
例えば、歩容情報処理部122は、踵持ち上がりを起点とする一歩行周期分の波形を抽出してもよい。足底角の歩行波形において、爪先が踵よりも上に位置する状態(背屈)を負と定義し、爪先が踵よりも下に位置する状態(底屈)を正と定義する。足底角の歩行波形が極小となる時刻は、立脚相開始のタイミングに相当する。足底角の歩行波形が極大となる時刻は、遊脚相開始のタイミングに相当する。立脚相開始の時刻と遊脚相開始の時刻との中点の時刻が、立脚相の中央のタイミングに相当する。立脚相の中央のタイミングは、踵持ち上がりのタイミングに相当する。例えば、歩容情報処理部122は、二歩行分の時系列データに含まれる二つの踵持ち上がりのタイミングのうち、先行するタイミングを起点とし、後続するタイミングを終点とする時系列データを、切り出す。切り出された時系列データは、踵持ち上がりを起点とする一歩行周期分の歩行波形である。For example, the gait
歩容情報処理部122は、切り出された一歩行周期分の波形を正規化して、一歩行周期分の波形(歩行波形とも呼ぶ)を生成する。歩容情報処理部122は、一歩行周期分の波形の時間軸を、起点のタイミングが0であり、終点のタイミングが100である歩行周期に正規化する。正規化された波形の歩行周期は、100等分されてパーセンテージで表現される。歩行周期の各パーセンテージを、歩行フェーズと呼ぶ。例えば、歩容情報処理部122は、立脚相と遊脚相の比率が60:40になるように、歩行波形の歩行周期を正規化する。例えば、歩容情報処理部122は、歩行波形に表れる歩行イベントに基づいて、歩行波形を正規化してもよい。例えば、歩容情報処理部122は、踵持ち上がりのタイミングを起点とする歩行波形に関して、爪先離地のタイミングが30%になり、踵接地のタイミングが70%になるように、その歩行波形を正規化する。なお、歩行イベントが発現するタイミングは、人物や身体状態、歩行状態に応じて異なるため、想定される歩行フェーズと完全に一致するとは限らない。The gait
また、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の歩行波形の振幅(加速度や角速度の値)を正規化してもよい。例えば、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の歩行波形に関して、振幅の変動幅が一定の範囲内になるように、歩行波形の振幅を正規化する。例えば、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の歩行波形に関して、振幅の最大値が1、振幅の最大値が-1になるように、歩行波形の振幅を正規化する。歩行波形の振幅を正規化すれば、複数の歩行周期の歩行波形の振幅が揃うため、欠損区間にデータを補間しやすくなる。また、歩容情報処理部122は、一歩行周期分の歩行波形のベースラインを正規化してもよい。例えば、歩容情報処理部122は、ベースラインの傾きが0となるように、一歩行周期分の歩行波形を正規化する。歩行波形のベースラインを正規化すれば、複数の歩行周期の歩行波形のベースラインの傾きが揃う。そのため、歩行波形のベースラインを正規化すれば、欠損区間のデータを補間しやすくなる。
The gait
歩容情報処理部122は、正規化された歩行波形を記憶部125に記憶させる。例えば、歩容情報処理部122は、欠損区間のない歩行波形のみを記憶部125に記憶させる。その場合、欠損区間のある歩行波形(欠損波形とも呼ぶ)は、欠損情報処理部123が欠損区間を特定してから記憶部125に記憶させればよい。例えば、欠損波形を含めた全ての歩行波形を記憶部125に記憶させてもよい。その場合、記憶部125に記憶された欠損波形を欠損情報処理部123が取得し、その欠損波形に含まれる欠損区間を特定すればよい。記憶部125に記憶された歩行波形の欠損の無い区間のデータ(正常データとも呼ぶ)は、欠損波形に含まれる欠損区間を補間するために用いられる。The gait
欠損情報処理部123は、欠損波形を取得する。欠損情報処理部123は、歩容情報処理部122から欠損波形を取得してもよいし、記憶部125から欠損波形を取得してもよい。欠損情報処理部123は、取得した欠損波形において、タイムスタンプの番号が抜けている部分を欠損区間として特定する。例えば、欠損情報処理部123は、一歩行周期の歩行波形において、欠損区間の起点から何番目のデータが欠損しているかを判別し、欠損している歩行フェーズを計算する。例えば、欠損情報処理部123は、タイムスタンプの番号に基づいて、欠損区間の歩行ピリオドを特定してもよい。The missing
欠損情報処理部123は、欠損波形に含まれる欠損区間に関する情報(欠損情報とも呼ぶ)を、その欠損波形に対応付けて記憶部125に記憶させる。例えば、欠損情報処理部123は、欠損情報として、欠損区間の起点と終点の歩行フェーズを、その欠損波形に対応付けて記憶部125に記憶させる。例えば、欠損情報処理部123は、欠損情報として、欠損区間の起点と終点の歩行フェーズと、その歩行フェーズにおける振幅の値とを、その欠損波形に対応付けて記憶部125に記憶させてもよい。また、欠損情報処理部123は、補間部126に欠損情報を出力するように、構成されてもよい。The missing
記憶部125には、歩行波形が記憶される。記憶部125には、欠損区間を含まない歩行波形(正常波形とも呼ぶ)が記憶される。また、記憶部125には、欠損区間を含む歩行波形(欠損波形とも呼ぶ)や、欠損区間が修復された歩行波形(修復波形とも呼ぶ)が記憶される。欠損波形は、欠損区間の補間対象である。欠損波形には、その欠損波形の欠損情報が対応付けられる。正常波形と修復波形は、歩容計測装置13による歩容計測に用いられる。記憶部125に記憶された歩行波形は、所定のタイミングで送信部128によって取得され、送信部128から歩容計測装置13に送信される。
A walking waveform is stored in the
補間部126は、欠損波形を取得する。補間部126は、記憶部125または欠損情報処理部123から欠損波形を取得する。補間部126が取得する欠損波形には、欠損情報処理部123によって特定された欠損区間に関する情報(欠損情報)が含まれる。補間部126は、取得した欠損波形とは異なる歩行周期の歩行波形のデータを用いて、その欠損波形に含まれる欠損区間を補間する。補間部126は、欠損波形とは異なる歩行周期の歩行波形から、その欠損区間に対応する歩行フェーズにおける正常データを抽出する。補間部126は、抽出された補間データを用いて、欠損区間を補間するための補間データを生成する。The
例えば、欠損波形は、歩行フェーズが10~20%の区間に欠損区間を含むものとする。その場合、補間部126は、記憶部125に記憶された歩行波形のうち、歩行フェーズが10~20%の区間に欠損を含まない歩行波形を少なくとも一つ選択する。補間部126は、選択された少なくとも一つの歩行波形から、歩行フェーズが10~20%の区間の正常データを抽出する。例えば、補間部126は、ある欠損波形に含まれる欠損区間に関して、その欠損区間のデータが欠損していない少なくとも一つの歩行波形から、その欠損区間に対応する歩行フェーズの正常データを少なくとも一つ選択する。補間部126は、選択された正常データを用いて、欠損区間を補間するための補間データを生成する。For example, the missing waveform includes a missing section in the section where the walking phase is 10-20%. In this case, the
例えば、補間部126は、ある欠損波形に含まれる欠損区間に関して、その欠損区間のデータが欠損していない複数の歩行波形から、その欠損区間に対応する歩行フェーズのデータを複数選択する。例えば、補間部126は、欠損区間に含まれる単独の歩行フェーズごとに、補間データを計算する。補間部126は、選択された複数のデータに加算平均や加重平均などの平均値を計算し、算出された平均値を用いて、欠損区間を補間するための補間データを生成する。例えば、補間部126は、選択された複数のデータのうち、欠損区間の始点および終点の値が最も近いデータを用いて、補間データを生成する。For example, for a missing section included in a certain missing waveform, the
例えば、補間部126は、欠損区間の歩行ピリオドに応じて、欠損区間のデータを補間する手法を選択してもよい。例えば、進行方向の加速度(Y方向加速度)の波形は、立脚相の期間においては変動が小さく、遊脚相の期間においては変動が大きい。すなわち、遊脚相の期間(第1歩行ピリオドとも呼ぶ)は、立脚相の期間(第2歩行ピリオドとも呼ぶ)と比べてデータの変動が激しいため、解析的にデータを補間することが難しい。言い換えると、立脚相の期間(第2歩行ピリオド)は、遊脚相の期間(第1歩行ピリオド)と比べてデータの変動が小さいため、解析的にデータを補間することができる。そのため、補間部126は、立脚相の期間(第2歩行ピリオド)に含まれる欠損区間に関しては解析的な手法で補間してもよい。そして、遊脚相の期間(第1歩行ピリオド)に含まれる欠損区間に関しては、他の歩行周期の歩行波形に基づいて補間すればよい。なお、補間部126は、変動が小さい区間であれば、遊脚相(第1歩行ピリオド)に含まれる欠損区間に対しても、解析的な手法で補間してもよい。
For example, the
図10は、解析的に補間する区間における欠損区間の補間について説明するための概念図である。図10の例では、歩行フェーズが0~20%の区間や、歩行フェーズが80%~100%の区間においては、振幅の変動が小さい。それに対し、歩行フェーズが20~80%の区間においては、振幅の変動が大きい。このような場合、補間部126は、歩行フェーズが0~20%の区間や、歩行フェーズが80%~100%の区間については、解析的な補間を行ってもよい。歩行フェーズが20~80%の区間については、振幅の変動が大きいため、補間部126は、他の歩行波形のデータを用いて補間データを生成した方がよい。
Figure 10 is a conceptual diagram for explaining the interpolation of missing sections in analytically interpolated sections. In the example of Figure 10, the amplitude fluctuation is small in the section where the walking phase is 0-20% and the section where the walking phase is 80%-100%. In contrast, the amplitude fluctuation is large in the section where the walking phase is 20-80%. In such a case, the
補間部126は、生成された補間データを用いて、欠損波形に含まれる欠損区間を補間する。例えば、補間部126は、補間データを欠損区間に挿入することで、欠損波形を補間する。例えば、補間部126は、欠損区間の始点から終点に向けて、補間データに含まれる正常データで欠損区間を順番に補間する。例えば、補間部126は、欠損区間の終点から始点に向けて、補間データに含まれる正常データで欠損区間を順番に補間してもよい。例えば、補間部126は、欠損区間の終点および始点から、補間データに含まれる正常データを順番に補間してもよい。The
例えば、補間部126は、補間データによって構成される波形を欠損区間に挿入する。例えば、補間部126は、補間データの始点および終点の各々が欠損区間の始点および終点の各々と一致するように、補間データによって構成される波形を挿入する。例えば、補間データの始点および終点の各々が、欠損区間の始点および終点の各々と一致しない場合が想定される。このような場合、補間部126は、補間データのベースラインを回転させ、補間データの始点および終点の各々と、欠損区間の始点および終点の各々とが一致するようにして、補間データを欠損区間に挿入する。例えば、補間部126は、欠損区間の起点および終点の振幅を、他の歩行周期の正常波形に基づいて計算する。例えば、補間部126は、算出された欠損区間の起点および終点の振幅と、その欠損区間の実際の起点および終点の振幅との差に応じて、ベースラインを調整する。For example, the
図11は、補間データによって構成される波形を、欠損区間に挿入する一例を示す概念図である。(1)補間部126は、欠損波形に含まれる欠損区間の補間データを生成する。(2)補間部126は、生成された補間データを、欠損波形の欠損区間に挿入する。(3)補間部126は、欠損波形の欠損区間に挿入された補間データにベースラインを設定する。(4)補間部126は、欠損波形の欠損区間に挿入された補間データのベースラインを回転させて、欠損区間の起点および終点の各々に、補間データの起点および終点の各々が一致するように起点終点補正を行う。
Figure 11 is a conceptual diagram showing an example of inserting a waveform composed of interpolated data into a missing section. (1) The
補間部126は、欠損区間が補間された歩行波形(修復波形)を記憶部125に記憶させる。例えば、補間部126は、修復波形において、修復された欠損区間を特定できるように、欠損区間に含まれる歩行フェーズにラベルを付してもよい。例えば、補間部126は、欠損区間に仮の補間データが挿入された修復波形(仮修復波形とも呼ぶ)を記憶部125に記憶させてもよい。例えば、歩容計測装置13が、仮修復波形に含まれる欠損区間に挿入された補間データを補正してもよい。記憶部125に格納された修復波形は、欠損を含まない他の歩行波形と同様に、歩容計測装置13による歩容計測に用いられる。The
送信部128は、記憶部125から歩行波形を取得する。送信部128は、正常波形および修復波形を含む歩行波形を記憶部125から取得する。送信部128は、取得した歩行波形を歩容計測装置13に送信する。例えば、送信部128は、ケーブルなどの有線を介して、歩容計測装置13に歩行波形を送信する。例えば、送信部128は、無線通信を介して、歩容計測装置13に歩行波形を送信する。送信部128と歩容計測装置13の間の通信方式に関しては、特に限定しない。The
〔歩容計測装置〕
次に、歩容計測システム1が備える歩容計測装置13の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図12は、歩容計測装置13の詳細構成の一例を示すブロック図である。歩容計測装置13は、取得部131、検出部132、および歩容計測部133を有する。実際には、歩容計測部133による推測結果を出力する出力部(通信インターフェース)が設けられるが、図12においては出力部の機能が歩容計測部133に含まれるものとする。
[Gait measurement device]
Next, a detailed configuration of
取得部131は、補間装置12から歩行波形を取得する。取得部131は、正常波形および修復波形を含む歩行波形を補間装置12から取得する。取得部131は、取得した歩行波形を検出部132に出力する。例えば、取得部131は、ケーブルなどの有線を介して、補間装置12から歩行波形を受信する。例えば、取得部131は、無線通信を介して、補間装置12から歩行波形を受信する。補間装置12と取得部131の間の通信方式に関しては、特に限定しない。The
検出部132は、取得部131から歩行波形を取得する。検出部132は、取得した歩行波形から、歩行ピリオドや歩行イベントを検出する。例えば、検出部132は、立脚相や遊脚相などの歩行ピリオドを歩行波形から検出する。例えば、検出部132は、踵接地や、反対足爪先離地、踵持ち上がり、反対足踵接地、爪先離地、足交差、脛骨垂直などの歩行イベントを、歩行波形から検出する。例えば、検出部132は、検出された歩行イベントに基づいて、立脚初期や、立脚中期、立脚終期、遊脚前期、遊脚初期や、遊脚中期、遊脚終期などの歩行ピリオドを、歩行波形から検出する。The
例えば、検出部132は、歩行フェーズのパーセンテージに基づいて、歩行ピリオドや歩行イベントを歩行波形から検出する。同じ人物が同じ条件で歩行していれば、歩行ピリオドや歩行イベントが検出されるタイミングは、ほぼ一定である。人物が異なっていても、歩行ピリオドや歩行イベントが検出されるタイミングは、同じ傾向を示す。そのため、歩行フェーズのパーセンテージに基づいて、歩行ピリオドや歩行イベントを特定できる。For example, the
例えば、検出部132は、歩行波形から抽出される特徴に基づいて、歩行ピリオドや歩行イベントを検出してもよい。例えば、検出部132は、足底角の歩行波形が極小となるタイミングを、立脚相開始のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、足底角の歩行波形が極大となるタイミングを、遊脚相開始のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、立脚相開始と遊脚相開始の中点のタイミングを、踵持ち上がりのタイミングとして検出する。For example, the
例えば、検出部132は、踵持ち上がりのタイミングを起点とする歩行波形に基づいて、歩行イベントを検出する。検出部132は、進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、最大ピークに含まれる二つの山の間に谷が表れるタイミングを、爪先離地のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、歩行周期が60%を超えたあたりの最小ピークを、遊脚終期における足の急減速のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、歩行周期が70%のあたりの極大ピークを、ヒールロッカーのタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、極小ピークと極大ピークの中点のタイミングを、踵接地のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、垂直方向加速度(Z方向加速度)の歩行波形において、爪先離地と踵接地の間の最大ピークのタイミングを、脛骨垂直のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、進行方向加速度(Y方向加速度)の歩行波形において、爪先離地と脛骨垂直のタイミングの間のなだらかな極大ピークのタイミングを、足交差のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、ロール角速度の歩行波形から、反対足踵接地および反対足爪先離地のタイミングを検出する。例えば、検出部132は、ロール角速度の歩行波形において、起点から爪先離地のタイミングに亘る曲線における加速変曲点のタイミングを、反対足踵接地のタイミングとして検出する。例えば、検出部132は、ロール角速度の歩行波形において、踵接地のタイミングから終点に亘る曲線における減速変曲点のタイミングを、反対足爪先離地のタイミングとして検出する。For example, the
歩容計測部133は、検出部132によって検出された歩行ピリオドや歩行イベントに関する情報を取得する。歩容計測部133は、検出部132から取得される情報を用いて、歩容に関する計測を行う。例えば、歩容計測部133は、歩行波形から検出された歩行イベントに基づいて、ユーザの歩容を計測する。例えば、歩容計測部133は、検出された歩行イベントに基づいて、ストライド長やステップ長、歩幅、歩隔、足角、歩行速度などの歩容を計測する。例えば、歩容計測部133は、計測された歩容に基づいて、回内/回外の度合や、外反母趾の進行度、身体の対称性、身体の柔軟度などの身体的な状態を推定してもよい。例えば、歩容計測部133は、計測された歩容に基づいて、筋力低下状況や、骨密度、基礎代謝などの身体的な状態を推定してもよい。例えば、歩容計測部133は、計測された歩容に基づいて、上肢や下肢、上腕、前腕、上腿、下腿の長さなどの身体パラメータを計測してもよい。歩容計測部133による計測対象の項目には、特に限定を加えない。The
歩容計測装置13は、歩容計測部133によって計測された結果(歩容情報とも呼ぶ)を出力する。例えば、歩容計測装置13は、表示装置(図示しない)や携帯端末(図示しない)に歩容情報を出力する。表示装置に出力された歩容情報は、表示装置や携帯端末の画面に表示される。例えば、歩容計測装置13は、外部システム(図示しない)に歩容情報を出力する。歩容計測装置13から出力される歩容情報は、任意の用途に使用できる。歩容計測装置13が歩容情報を出力する通信機能については、特に限定を加えない。
The
(動作)
次に、歩容計測システム1の補間装置12の動作について、図面を参照しながら説明する。計測装置11および歩容計測装置13の動作については、説明を省略する。以下においては、補間装置12に含まれる、歩容情報処理部122、欠損情報処理部123、および補間部126の行う処理について個別に説明する。以下の補間装置12の動作には、上述した補間装置12とは異なる処理や順序が含まれる場合がある。
(Operation)
Next, the operation of the
〔歩容情報処理〕
まず、歩容情報処理部122による歩容情報処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図13は、歩容情報処理部122による歩容情報処理について説明するためのフローチャートである。図13のフローチャートに沿った処理の説明においては、歩容情報処理部122を動作主体として説明する。
[Gait Information Processing]
First, the gait information processing by the gait
図13において、まず、歩容情報処理部122は、センサデータの時系列データを取得する(ステップS111)。In FIG. 13, first, the gait
時系列データに欠損がある場合(ステップS112でYes)、歩容情報処理部122は、欠損を含む時系列データを欠損情報処理部123に出力する(ステップS113)。歩容情報処理部122は、欠損を含む時系列データを記憶部125に記憶させてもよい。ステップS113の次は、ステップS118に進む。If there is a missing part in the time series data (Yes in step S112), the gait
一方、時系列データに欠損がない場合(ステップS112でNo)、歩容情報処理部122は、取得した時系列データから歩行イベントを検出する(ステップS114)。例えば、歩容情報処理部122は、踵接地や爪先離地、踵持ち上がりなどの歩行イベントを歩行波形から検出する。On the other hand, if there is no missing data in the time series data (No in step S112), the gait
ステップS114の次に、歩容情報処理部122は、検出された歩行イベントに基づいて、一歩行周期分の歩行波形を切り出す(ステップS115)。例えば、歩容情報処理部122は、踵接地を起点とする一歩行周期分の歩行波形を切り出す。例えば、歩容情報処理部122は、爪先離地を起点とする一歩行周期分の歩行波形を切り出す。
After step S114, the gait
次に、歩容情報処理部122は、切り出された一周期分の歩行波形を正規化する(ステップS116)。例えば、歩容情報処理部122は、歩行波形の歩行フェーズや振幅を正規化する。Next, the gait
次に、歩容情報処理部122は、正規化された歩行波形を記憶部125に記憶させる(ステップS117)。記憶部125に記憶された歩行波形は、欠損波形に含まれる欠損区間の補間や、歩容計測装置13による歩容計測に用いられる。Next, the gait
処理を継続する場合(ステップS118でYes)、ステップS111に戻る。処理を継続しない場合(ステップS118でNo)、図13のフローチャートに沿った処理は終了である。ステップS118の処理の継続を決定する条件に関しては、予め設定しておけばよい。If the process is to be continued (Yes in step S118), the process returns to step S111. If the process is not to be continued (No in step S118), the process according to the flowchart in FIG. 13 ends. The conditions for determining whether to continue the process in step S118 may be set in advance.
〔欠損情報処理〕
次に、欠損情報処理部123による欠損情報処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図14は、欠損情報処理部123による欠損情報処理について説明するためのフローチャートである。図14のフローチャートに沿った処理の説明においては、欠損情報処理部123を動作主体として説明する。
[Missing information processing]
Next, the missing information processing by the missing
図14において、まず、欠損情報処理部123は、欠損を含む時系列データ(欠損波形)を歩容情報処理部122から取得する(ステップS121)。欠損情報処理部123は、記憶部125から欠損波形を取得してもよい。14, first, the missing
次に、欠損情報処理部123は、タイムスタンプに基づいて、取得した欠損波形に含まれる欠損区間を特定する(ステップS122)。Next, the missing
次に、欠損情報処理部123は、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する(ステップS123)。Next, the missing
次に、欠損情報処理部123は、欠損波形に含まれる欠損区間の歩行フェーズに関する情報(欠損情報)を記憶部125に記憶させる(ステップS124)。記憶部125に記憶された欠損情報は、補間部126による欠損区間の補間に用いられる。Next, the missing
〔補間処理〕
次に、補間部126による補間処理について、フローチャートを参照しながら説明する。ここでは、全ての区間において補間データを生成する例(図15)と、一部の区間において解析的な手法を用いて補間する例(図16)とについて説明する。
[Interpolation Processing]
Next, the interpolation process by the
図15は、全ての区間において補間データを生成する場合における、補間部126の補間処理について説明するためのフローチャートである。図15のフローチャートに沿った説明においては、補間部126を動作主体として説明する。
Figure 15 is a flowchart for explaining the interpolation process of the
図15において、まず、補間部126は、欠損区間を含む時系列データ(欠損波形)を記憶部125から取得する(ステップS131)。補間部126は、歩容情報処理部122から欠損波形を取得してもよい。欠損波形には、欠損区間の歩行フェーズを示す欠損情報が対応付けられる。15, first, the
次に、補間部126は、欠損区間の歩行フェーズに欠損がない、他の歩行周期の歩行波形を記憶部125から取得する(ステップS132)。Next, the
次に、補間部126は、取得された歩行波形のデータを用いて、欠損区間の補間データを生成する(ステップS133)。Next, the
次に、補間部126は、補間データの起点と終点を補正して、補間データを欠損区間に挿入する(ステップS134)。Next, the
次に、補間部126は、補正された波形をリサンプリングして、時系列データに戻す(ステップS135)。ステップS135は、歩行速度や歩幅などを計算する際に、元の時系列データが必要となるために行われる。元の時系列データが必要ない場合、ステップS135は省略してもよい。Next, the
図16は、一部の区間において解析的な手法を用いて補間する場合における、補間部126の補間処理について説明するためのフローチャートである。図16のフローチャートに沿った説明においては、補間部126を動作主体として説明する。
Figure 16 is a flowchart for explaining the interpolation process of the
図16において、まず、補間部126は、欠損区間を含む時系列データ(欠損波形)を記憶部125から取得する(ステップS141)。補間部126は、歩容情報処理部122から欠損波形を取得してもよい。欠損波形には、欠損区間の歩行フェーズを示す欠損情報が対応付けられる。16, first, the
解析的な手法を使用可能な欠損区間である場合(ステップS142でYes)、補間部126は、解析的な手法で欠損区間のデータを補間する(ステップS143)。ステップS143の次は、ステップS147に進む。If the missing section is one for which an analytical method can be used (Yes in step S142), the
一方、解析的な手法を使用可能な欠損区間ではない場合(ステップS142でNo)、補間部126は、欠損区間の歩行フェーズに欠損がない、他の歩行周期の歩行波形を記憶部125から取得する(ステップS144)。On the other hand, if the missing section is not one for which analytical methods can be used (No in step S142), the
次に、補間部126は、取得された歩行波形のデータを用いて、欠損区間の補間データを生成する(ステップS145)。Next, the
次に、補間部126は、補間データの起点と終点を補正して、補間データを欠損区間に挿入する(ステップS146)。Next, the
次に、補間部126は、補正された波形をリサンプリングして、時系列データに戻す(ステップS146)。ステップS146は、歩行速度や歩幅などを計算する際に、元の時系列データが必要となるために行われる。元の時系列データが必要ない場合、ステップS146は省略してもよい。Next, the
以上のように、本実施形態の歩容計測システムは、計測装置、補間装置、および歩容計測装置を備える。計測装置は、ユーザの履物に配置される。計測装置は、ユーザの歩行に応じて空間加速度および空間角速度を計測する。計測装置は、計測された空間加速度および空間角速度に基づくセンサデータを生成する。計測装置は、生成されたセンサデータを補間装置に出力する。補間装置は、受信部、歩容情報処理部、欠損情報処理部、記憶部、補間部、および送信部を有する。受信部は、計測装置から送信されたセンサデータを受信する。歩容情報処理部は、センサデータの時系列データを生成する。歩容情報処理部は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成するとともに、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する。歩容情報処理部は、生成された歩行波形や、特定された欠損区間に関する情報を記憶部に記憶させる。記憶部には、歩行波形や、欠損区間に関する情報、欠損区間が補間された修復波形が記憶される。欠損情報処理部は、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する。補間部は、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、欠損区間の歩行フェーズのデータを用いて、欠損区間を補間する補間データを生成する。補間部は、生成された補間データを欠損区間に補間する。
歩容計測装置は、センサデータの時系列データを用いて補間装置が生成した欠損区間を含まない歩行波形と、補間装置が欠損区間のデータを補間した歩行波形とを補間装置から取得する。歩容計測装置は、取得した歩行波形から検出される歩行イベントに基づいてユーザの歩容を計測する。歩容計測装置は、計測されたユーザの歩容に関する情報を出力する。
As described above, the gait measurement system of this embodiment includes a measurement device, an interpolation device, and a gait measurement device. The measurement device is placed on a user's footwear. The measurement device measures spatial acceleration and spatial angular velocity according to the user's gait. The measurement device generates sensor data based on the measured spatial acceleration and spatial angular velocity. The measurement device outputs the generated sensor data to the interpolation device. The interpolation device has a receiving unit, a gait information processing unit, a missing information processing unit, a storage unit, an interpolation unit, and a transmission unit. The receiving unit receives the sensor data transmitted from the measurement device. The gait information processing unit generates time-series data of the sensor data. The gait information processing unit generates a gait waveform for each gait cycle using the time-series data of the sensor data related to the movement of the feet, and identifies a missing section of data in the time-series data. The gait information processing unit stores the generated gait waveform and information on the identified missing section in the storage unit. The storage unit stores the gait waveform, information on the missing section, and a repair waveform in which the missing section is interpolated. The missing information processing unit calculates the gait phase of the identified missing section. The interpolation unit generates interpolation data for interpolating the missing section by using data of a walking phase of the missing section in a walking waveform having a walking cycle different from the walking cycle including the missing section. The interpolation unit interpolates the missing section with the generated interpolation data.
The gait measurement device acquires from the interpolation device a gait waveform that does not include a missing section that is generated by the interpolation device using time-series data of the sensor data, and a gait waveform in which the interpolation device interpolates data of the missing section. The gait measurement device measures the user's gait based on walking events detected from the acquired gait waveform. The gait measurement device outputs information related to the measured gait of the user.
本実施形態の手法では、歩行の周期性に着目して、ユーザの歩行に応じて計測されるセンサデータの時系列データに発生したデータの欠損区間を補間するための補間データを生成する。本実施形態の手法では、異なる歩行周期の歩行波形の同じ歩行フェーズのデータを用いて、補間データを生成する。そのため、本実施形態の手法によれば、歩行の周期性に着目して生成された補間データを用いるため、センサデータの時系列データに含まれるデータの欠損区間の特徴を含めて、欠損区間のデータを補間できる。 In the method of this embodiment, by focusing on the periodicity of walking, interpolation data is generated to fill in missing sections of data that occur in the time series data of sensor data measured in response to the user's walking. In the method of this embodiment, interpolation data is generated using data from the same walking phase of walking waveforms with different walking cycles. Therefore, according to the method of this embodiment, since interpolation data generated by focusing on the periodicity of walking is used, data of missing sections can be interpolated, including the characteristics of the missing sections of data contained in the time series data of sensor data.
無線通信機能を有するウエラブルセンサによって計測されたセンサデータを通信する場合、通信障害によりデータの欠損が起こりうる。通信障害で起こりうるデータの欠損は、離散的ではなく、連続的であることが多い。例えば、センサデータの時系列データから、特徴抽出などに用いられる重要なデータが丸ごと欠損することもありうる。本実施形態の手法によれば、歩行動作の相似性と周期性を利用してデータの欠損区間を補間するため、数%から十数%の歩行フェーズに亘る長い欠損区間のデータを補間できる。また、本実施形態の手法は、回路的な要因で計測された外れ値の除去や、原因不明の要因で計測された異常な値の平準化にも用いることができる。When communicating sensor data measured by a wearable sensor with wireless communication capabilities, data loss may occur due to communication failure. Data loss due to communication failure is often continuous, not discrete. For example, important data used for feature extraction may be lost entirely from time-series sensor data. According to the method of this embodiment, the similarity and periodicity of walking movements are used to interpolate data loss intervals, so that data loss intervals spanning several percent to several tens of percent of the walking phase can be interpolated. In addition, the method of this embodiment can also be used to remove outliers measured due to circuitry-related factors and to smooth out abnormal values measured due to unknown factors.
本実施形態の一態様において、歩容情報処理部は、時系列データから一歩行周期分の波形を切り出す。歩容情報処理部は、切り出された波形に含まれる歩行フェーズを正規化して歩行波形を生成する。本態様によれば、センサデータの時系列データから生成される複数の歩行波形の歩行フェーズが統一されるので、複数の歩行波形の間で相互にデータを補間しやすくなる。In one aspect of this embodiment, the gait information processing unit extracts a waveform for one step walking cycle from the time series data. The gait information processing unit normalizes the walking phase included in the extracted waveform to generate a walking waveform. According to this aspect, the walking phases of multiple walking waveforms generated from the time series data of the sensor data are unified, making it easier to mutually interpolate data between the multiple walking waveforms.
本実施形態の一態様において、補間部は、時系列データに含まれる欠損区間に関して、欠損区間に含まれる歩行フェーズのデータが欠損していない少なくとも一つの歩行波形から、欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータを少なくとも一つ選択する。補間部は、選択された歩行フェーズのデータを用いて、補間データを生成する。本態様によれば、他の歩行周期のデータを用いて、欠損区間を補間できる。In one aspect of this embodiment, the interpolation unit selects, for a missing section included in the time series data, at least one piece of data for the walking phase included in the missing section from at least one walking waveform in which data for the walking phase included in the missing section is not missing. The interpolation unit generates interpolated data using the data for the selected walking phase. According to this aspect, the missing section can be interpolated using data for other walking cycles.
本実施形態の一態様において、補間部は、複数の歩行周期の歩行波形から選択された歩行フェーズのデータの平均値を計算する。補間部は、算出された歩行フェーズのデータの平均値を用いて、補間データを生成する。本態様によれば、複数の歩行周期のデータの平均値に基づいて欠損区間のデータを補間するため、歩行の特徴がより反映された補間データを生成できる。In one aspect of this embodiment, the interpolation unit calculates the average value of data for a walking phase selected from walking waveforms of multiple walking cycles. The interpolation unit generates interpolated data using the average value of the calculated walking phase data. According to this aspect, data for missing sections is interpolated based on the average value of data for multiple walking cycles, so that interpolated data that better reflects the characteristics of walking can be generated.
本実施形態の一態様において、補間部は、データの変動が小さい歩行ピリオドに関しては、解析的な手法で補間データを生成する。補間部は、データの変動が大きい歩行ピリオドに関しては、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期のデータを用いて補間データを生成する。本態様によれば、データの変動が小さい歩行ピリオドに関しては、解析的な手法で補間データを生成するため、計算時間や計算量を低減できる。 In one aspect of this embodiment, the interpolation unit generates interpolation data using an analytical method for walking periods with small data fluctuations. For walking periods with large data fluctuations, the interpolation unit generates interpolation data using data from a walking cycle that is different from the walking cycle that includes the missing section. According to this aspect, for walking periods with small data fluctuations, the interpolation data is generated using an analytical method, which reduces the calculation time and amount of calculations.
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る歩容計測システムについて図面を参照しながら説明する。本実施形態の歩容計測システムは、複数の歩行周期の歩行波形に関する歩行フェーズごとのデータ値(振幅の値)の全体分布における偏差値に基づいて、欠損区間の補間データを生成する点において、第1の実施形態とは異なる。
Second Embodiment
Next, a gait measurement system according to a second embodiment will be described with reference to the drawings. The gait measurement system of this embodiment differs from the first embodiment in that it generates interpolation data for missing sections based on the deviation value in the overall distribution of data values (amplitude values) for each walking phase related to the walking waveform of a plurality of walking cycles.
(構成)
図17は、本実施形態の歩容計測システム2の構成を示すブロック図である。歩容計測システム2は、計測装置21、補間装置22、および歩容計測装置23を備える。補間装置22は、計測装置21および歩容計測装置23に有線で接続されてもよいし、無線で接続されてもよい。また、計測装置21、補間装置22、および歩容計測装置23は、単一の装置で構成されてもよい。また、歩容計測システム2は、計測装置21を除き、補間装置22および歩容計測装置23で構成されてもよい。
(composition)
17 is a block diagram showing the configuration of a
計測装置21は、第1の実施形態の計測装置11と同様の構成である。計測装置21は、足部に設置される。計測装置21は、履物を履くユーザの足の動きに関する物理量として、加速度センサによって計測される加速度(空間加速度とも呼ぶ)や、角速度センサによって計測される角速度(空間角速度とも呼ぶ)を計測する。計測装置21が計測する足の動きに関する物理量には、加速度や角速度を積分することによって計算される速度や角度、位置(軌跡)も含まれる。計測装置21は、計測された物理量をデジタルデータ(センサデータとも呼ぶ)に変換する。計測装置21は、変換後のセンサデータを補間装置22に送信する。The measuring
補間装置22は、計測装置21からセンサデータを受信する。補間装置22は、受信したセンサデータの時系列データを生成する。補間装置22は、センサデータに含まれるタイムスタンプに基づいて、時系列データを生成する。補間装置22は、生成された時系列データから一歩行周期分の波形を切り出す。例えば、補間装置22は、踵接地や踵持ち上がりのタイミングを起点とする一歩行周期分の波形を抽出する。補間装置22は、切り出された一歩行周期分の波形を正規化して、一歩行周期分の波形(歩行波形とも呼ぶ)を生成する。
The
補間装置22は、センサデータの時系列データにおいて、タイムスタンプの番号が抜けている部分を欠損区間として特定する。補間装置22は、欠損区間に含まれる歩行フェーズのデータ値の全体分布に基づいて、欠損区間のデータを補間するための補間データを生成する。全体分布とは、欠損区間の補間に用いられる複数の歩行周期の歩行波形を全体とする、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータ値の分布である。言い換えると、補間装置22は、欠損区間の歩行フェーズに欠損がない複数の歩行周期の歩行波形のデータ値(振幅の値)を用いて、欠損区間に対応する歩行フェーズのデータ値の全体分布における統計量を計算する。補間装置22は、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータ値の全体分布における統計量に基づいて、欠損区間の補間データを生成する。特に、補間装置22は、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータ値の全体分布における代表値に基づいて、欠損区間の補間データを生成する。例えば、補間装置22は、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータ値(振幅の値)の全体分布における偏差値に基づいて、欠損区間の補間データを生成する。例えば、補間装置22は、偏差値の代わりに、標準偏差や分散、偏差などに基づいて、欠損区間の補間データを生成してもよい。補間装置22は、生成された補間データを用いて、欠損区間を補間する。The
歩容計測装置23は、第1の実施形態の歩容計測装置13と同様の構成である。歩容計測装置23は、補間装置22から、欠損区間を含まない歩行波形を取得する。歩容計測装置23は、取得した歩行波形を用いて、歩容に関する計測を実行する。歩容計測装置23は、歩容に関する計測結果(歩容情報とも呼ぶ)を出力する。
The
例えば、補間装置22および歩容計測装置23は、図示しないサーバ等に実装される。例えば、補間装置22および歩容計測装置23は、アプリケーションサーバによって実現されてもよい。例えば、補間装置22および歩容計測装置23は、携帯端末(図示しない)にインストールされたアプリケーションソフトウェア等によって実現されてもよい。For example, the
〔補間装置〕
次に、補間装置22の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図18は、補間装置22の詳細構成の一例を示すブロックである。補間装置22は、受信部221、歩容情報処理部222、欠損情報処理部223、記憶部225、補間部226、および送信部228を備える。
[Interpolation device]
Next, a detailed configuration of the
受信部221は、第1の実施形態の受信部121と同様の構成である。受信部221は、計測装置(図示しない)からセンサデータを受信する。受信部221は、受信したセンサデータを歩容情報処理部222に出力する。The receiving
歩容情報処理部222は、第1の実施形態の歩容情報処理部122と同様の構成である。歩容情報処理部222は、受信部221からセンサデータを取得する。歩容情報処理部222は、取得したセンサデータの時系列データを生成する。歩容情報処理部222は、センサデータに含まれるタイムスタンプに基づいて、時系列データを生成する。歩容情報処理部222は、生成された時系列データから一歩行周期分の波形を切り出す。歩容情報処理部222は、切り出された一歩行周期分の波形を正規化して、一歩行周期分の歩行波形を生成する。歩容情報処理部222は、正規化された歩行波形を記憶部225に記憶させる。
The gait
欠損情報処理部223は、第1の実施形態の欠損情報処理部123と同様の構成である。欠損情報処理部223は、欠損波形を取得する。欠損情報処理部223は、欠損波形に含まれる欠損区間に関する情報(欠損情報とも呼ぶ)を、その欠損波形に対応付けて記憶部225に記憶させる。The missing
記憶部225は、第1の実施形態の記憶部125と同様の構成である。記憶部225には、歩行波形が記憶される。記憶部225に記憶される歩行波形は、欠損区間を含まない歩行波形(正常波形とも呼ぶ)や、欠損区間を含む歩行波形(欠損波形とも呼ぶ)、欠損区間が修復された歩行波形(修復波形とも呼ぶ)が含まれる。欠損波形には、その欠損波形の欠損情報が対応付けられる。記憶部225に記憶された歩行波形は、所定のタイミングで送信部228によって取得され、送信部228から歩容計測装置(図示しない)に送信される。The
補間部226は、補間対象の欠損波形に含まれる欠損区間の歩行フェーズに欠損がない複数の歩行波形を、記憶部225から取得する。補間部226は、取得された複数の歩行波形のデータ値(振幅の値)を用いて、複数の歩行波形のデータ群における、欠損区間に対応する歩行フェーズのデータ値の全体分布における統計量を計算する。特に、補間部226は、統計量として、偏差値や、標準偏差、分散、偏差などの代表値を計算する。例えば、補間部226は、複数の歩行波形のデータ群の全体分布における、欠損区間に含まれる歩行フェーズのデータ値の偏差値を計算する。補間部226は、算出された統計量に基づいて、補間データを生成する。例えば、補間部226は、偏差値に基づいて、補間データを生成する。例えば、補間部226は、偏差値の代わりに、標準偏差や分散、偏差などに基づいて、欠損区間の補間データを生成してもよい。補間部226は、生成された補間データを用いて、欠損区間を補間する。The
ここで、統計量(代表値)の一つである偏差値に基づいて補間データを生成する方法について、いくつかの図面(図19~図23)を用いて説明する。図19は、ユーザの歩行に伴って計測された進行方向加速度(Y方向加速度)の時系列データである。図19の時系列データは、20秒間の計測期間における複数の歩行周期の波形を含む。各歩行周期の波形は、データ値(振幅の値)に違いがあるものの、同様のパターンを示す。Here, a method for generating interpolated data based on a deviation value, which is one of the statistics (representative values), will be explained using several drawings (Figs. 19 to 23). Fig. 19 shows time series data of forward acceleration (Y-direction acceleration) measured as the user walks. The time series data in Fig. 19 includes waveforms of multiple walking cycles over a measurement period of 20 seconds. The waveforms of each walking cycle show a similar pattern, although there are differences in the data values (amplitude values).
図20は、図19の時系列データに含まれる複数の歩行周期の波形のうち一つを切り出し、切り出された波形を正規化した波形(歩行波形)である。図20の歩行波形には、歩行の特徴を含むパターンがみられる。図20には、後続する説明で用いられる歩行フェーズ(P1、P2)を示す。以下において、歩行フェーズP1および歩行フェーズP2は、図20の歩行周期のみならず、複数の歩行周期に関しても適用される。 Figure 20 shows a waveform (walking waveform) obtained by extracting one of the multiple walking cycle waveforms contained in the time series data of Figure 19 and normalizing the extracted waveform. The walking waveform of Figure 20 shows a pattern that includes walking characteristics. Figure 20 shows walking phases (P1, P2) that will be used in the following explanation. In the following, walking phase P1 and walking phase P2 apply not only to the walking cycle of Figure 20 but also to multiple walking cycles.
図21は、図19の時系列データから切り出された複数の歩行周期の歩行波形をサンプル群(全体)とする、歩行フェーズP1および歩行フェーズP2におけるデータ値(振幅の値)の頻度分布である。歩行フェーズP1に関しては、データ値の頻度分布が正規分布に近い分布を示す。歩行フェーズP2に関しても、データ値の頻度分布が正規分布に近い分布を示す。その他の全ての歩行フェーズに関しても、1%ごとのデータ値の頻度分布をコルモゴロフ-スミルノフ検定で正規化判別したところ、陽性結果が得られた。すなわち、複数の歩行周期の歩行波形の各歩行フェーズにおけるデータ値の頻度分布は、歩行周期に関わらず、正規分布に近い分布を示す。これは、複数の歩行周期の歩行波形に関して、歩行フェーズごとのデータ値の全体分布に基づいて、補間データを推定可能であることを示す。言い換えると、複数の歩行周期の歩行波形に関して、歩行フェーズごとのデータ値の全体分布における統計量に基づいて、補間データを推定可能である。 Figure 21 shows the frequency distribution of data values (amplitude values) in walking phases P1 and P2, with the walking waveforms of multiple walking cycles extracted from the time series data of Figure 19 as the sample group (whole). For walking phase P1, the frequency distribution of data values shows a distribution close to a normal distribution. For walking phase P2, the frequency distribution of data values shows a distribution close to a normal distribution. For all other walking phases, the frequency distribution of data values for each 1% was normalized and judged using the Kolmogorov-Smirnov test, and a positive result was obtained. In other words, the frequency distribution of data values in each walking phase of the walking waveforms of multiple walking cycles shows a distribution close to a normal distribution regardless of the walking cycle. This shows that it is possible to estimate interpolated data for walking waveforms of multiple walking cycles based on the overall distribution of data values for each walking phase. In other words, it is possible to estimate interpolated data for walking waveforms of multiple walking cycles based on statistics in the overall distribution of data values for each walking phase.
図22は、図19のセンサデータの時系列データにおいて、連続する歩行フェーズのデータNおよびデータN+1のデータ値の全体分布における偏差値の相関関係を示すグラフである(Nは自然数)。図22のように、連続するデータNとデータN+1の偏差値は、ほぼ比例関係を示す。すなわち、歩行フェーズP2におけるデータ値の全体分布における偏差値は、連続するデータNとデータN+1に関して同様の値を示す。 Figure 22 is a graph showing the correlation between the standard deviations in the overall distribution of data values of data N and data N+1 in consecutive walking phases in the time series data of the sensor data in Figure 19 (N is a natural number). As shown in Figure 22, the standard deviations of consecutive data N and data N+1 show an almost proportional relationship. In other words, the standard deviations in the overall distribution of data values in walking phase P2 show similar values for consecutive data N and data N+1.
図23は、対象歩行フェーズ(歩行フェーズP2)からの距離に応じた偏差値の相関係数を示すグラフである。図23の実線は、図19の時系列データから切り出された複数の歩行周期の歩行波形のサンプル群に関する、歩行フェーズP2のデータ値の偏差値と、歩行フェーズP2とは異なる歩行フェーズのデータ値との相関係数を示す。図23の破線は、相関係数(実線)を多項式にフィッティングさせた曲線である。図23のように、対象歩行フェーズからの距離が近い歩行フェーズほど、偏差値の相関係数が大きく、偏差値が同様の値を示すことが分かる。言い換えると、対象歩行フェーズからの距離が近い歩行フェーズほど、相関係数が大きく、偏差値の値が近くなる。すなわち、対象歩行フェーズの偏差値に近い偏差値の歩行フェーズのデータ値を用いて、その対象歩行フェーズの補間データを生成できる。23 is a graph showing the correlation coefficient of the deviation value according to the distance from the target walking phase (walking phase P2). The solid line in FIG. 23 shows the correlation coefficient between the deviation value of the data value of walking phase P2 and the data value of a walking phase different from walking phase P2 for the sample group of walking waveforms of multiple walking cycles cut out from the time series data in FIG. 19. The dashed line in FIG. 23 is a curve obtained by fitting the correlation coefficient (solid line) to a polynomial. As shown in FIG. 23, it can be seen that the closer the walking phase is from the target walking phase, the larger the correlation coefficient of the deviation value and the more similar the deviation value is. In other words, the closer the walking phase is from the target walking phase, the larger the correlation coefficient and the closer the deviation value is. In other words, the data value of a walking phase with a deviation value close to the deviation value of the target walking phase can be used to generate interpolated data for the target walking phase.
例えば、補間部226は、算出された歩行フェーズの偏差値から逆算して補間データを計算し、欠損区間を補間するための補間データを生成する。例えば、補間部226は、偏差値の代わりに、標準偏差や分散、偏差などの代表値に基づいて、補間データを生成してもよい。例えば、補間部226は、以下の式1を逆算して、歩行フェーズjにおける補間データの値djを計算する。以下の式1は、欠損区間に含まれる歩行フェーズjのデータ値の偏差値Tjの計算式である。
For example, the
上記の式1において、μは、対象のデータ群に含まれる複数の歩行波形における歩行フェーズjのデータ値の平均値である。σは、対象のデータ群に含まれる複数の歩行波形における歩行フェーズjのデータ値の標準偏差である。偏差値の代わりに、標準偏差や分散、偏差などの代表値に基づいて補間データを生成する場合、標準偏差や分散、偏差などの計算式を逆算して、補間データの値を計算すればよい。
In the
例えば、補間部226は、補間対象の欠損波形に含まれる欠損区間の起点および終点のデータ値の偏差値に基づいて、欠損区間の補間データを推定してもよい。図24は、補間対象の欠損波形に含まれる欠損区間の起点(歩行フェーズM1)および終点(歩行フェーズM2)の偏差値に基づく欠損区間の補間の一例について説明するためのグラフである。例えば、補間部226は、欠損区間に関して、歩行フェーズM1のデータ値の全体分布における偏差値と、歩行フェーズM2のデータ値の全体分布における偏差値との平均値を計算する。補間部226は、歩行フェーズM1と歩行フェーズM2のデータ値の偏差値の平均値を用いて、データ値の全体分布から補間データを推定する。図24の手法では、欠損区間の歩行フェーズM1と歩行フェーズM2の距離が近いほど、補間データの推定精度が高い。For example, the
例えば、本実施形態の補間部226による補間データの生成方法は、第1の実施形態の補間部126による補間データの生成方法と組み合わせてもよい。例えば、第1の実施形態の手法で補間データを生成し、生成された補間データの起点および終点を本実施形態の手法で補正してもよい。For example, the method of generating interpolated data by the
補間部226は、欠損区間が補間された歩行波形(修復波形)を記憶部225に記憶させる。例えば、補間部226は、修復波形において、修復された欠損区間を特定できるように、欠損区間にラベルを付してもよい。例えば、補間部226は、欠損区間に仮の補間データを挿入した修復波形(仮修復波形とも呼ぶ)を記憶部225に記憶させてもよい。記憶部225に格納された修復波形は、他の歩行波形と同様に、歩容計測装置(図示しない)による歩容計測に用いられる。The
送信部228は、記憶部225から歩行波形を取得する。送信部228は、正常波形および修復波形を含む歩行波形を記憶部225から取得する。送信部228は、取得した歩行波形を歩容計測装置(図示しない)に送信する。送信部228は、ケーブルなどの有線を介して歩容計測装置に歩行波形を送信してもよいし、無線通信を介して歩容計測装置に歩行波形を送信してもよい。送信部228と歩容計測装置の間の通信方式に関しては、特に限定しない。The
(動作)
次に、補間装置22の動作について、図面を参照しながら説明する。以下においては、補間装置22に含まれる補間部226による、欠損区間の起点および終点の偏差値に基づいて欠損区間の補間を行う例について説明する。以下の補間装置22の動作は、上述した補間部226とは異なる処理や順序を含む場合もある。歩容情報処理部222および欠損情報処理部223の処理は、第1の実施形態と同様なので省略する。
(Operation)
Next, the operation of the
〔補間処理〕
補間部226による補間処理について、フローチャートを参照しながら説明する。図25は、補間部226の補間処理について説明するためのフローチャートである。図25のフローチャートに沿った説明においては、補間部226を動作主体として説明する。
[Interpolation Processing]
The interpolation process by the
図25において、まず、補間部226は、欠損区間を含む時系列データ(欠損波形)を記憶部225から取得する(ステップS231)。補間部226は、歩容情報処理部222から欠損波形を取得してもよい。欠損波形には、欠損区間の歩行フェーズを示す欠損情報が対応付けられる。25, first, the
次に、補間部226は、欠損波形に含まれる欠損区間の歩行フェーズに欠損がない複数の歩行周期の歩行波形を記憶部225から取得する(ステップS232)。Next, the
次に、補間部226は、取得された複数の歩行波形のデータを用いて、欠損区間に対応する歩行フェーズのデータの全体分布を導出する(ステップS233)。Next, the
次に、補間部226は、欠損区間に含まれる歩行フェーズのデータ値の全体分布における、欠損区間の起点および終点の歩行フェーズの偏差値を計算する(ステップS234)。Next, the
次に、補間部226は、算出された偏差値を用いて、欠損区間の補間データを生成する(ステップS235)。Next, the
次に、補間部226は、生成された補間データを欠損区間に挿入する(ステップS236)。例えば、補間部226は、補間データの起点と終点を補正して、補間データを欠損区間に挿入する。Next, the
次に、補間部226は、補正された波形をリサンプリングして、時系列データに戻す(ステップS237)。ステップS237は、歩行速度や歩幅などを計算する際に、元の時系列データが必要となるために行われる。元の時系列データが必要ない場合、ステップS237は省略してもよい。Next, the
以上のように、本実施形態の歩容計測システムは、計測装置、補間装置、および歩容計測装置を備える。計測装置は、ユーザの履物に配置される。計測装置は、ユーザの歩行に応じて空間加速度および空間角速度を計測する。計測装置は、計測された空間加速度および空間角速度に基づくセンサデータを生成する。計測装置は、生成されたセンサデータを補間装置に出力する。補間装置は、受信部、歩容情報処理部、欠損情報処理部、記憶部、補間部、および送信部を有する。受信部は、計測装置から送信されたセンサデータを受信する。歩容情報処理部は、センサデータの時系列データを生成する。歩容情報処理部は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成するとともに、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する。歩容情報処理部は、生成された歩行波形や、特定された欠損区間に関する情報を記憶部に記憶させる。記憶部には、歩行波形や、欠損区間に関する情報、欠損区間が補間された修復波形が記憶される。欠損情報処理部は、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する。補間部は、欠損区間の補間に用いられる複数の歩行周期の歩行波形のデータ群における、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータの代表値に基づいて、欠損区間の補間データを生成する。例えば、補間部は、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータの偏差値を用いて、欠損区間の補間データを生成する。補間部は、生成された補間データを欠損区間に補間する。歩容計測装置は、センサデータの時系列データを用いて補間装置が生成した欠損区間を含まない歩行波形と、補間装置が欠損区間のデータを補間した歩行波形とを補間装置から取得する。歩容計測装置は、取得した歩行波形から検出される歩行イベントに基づいてユーザの歩容を計測する。歩容計測装置は、計測されたユーザの歩容に関する情報を出力する。As described above, the gait measurement system of this embodiment includes a measurement device, an interpolation device, and a gait measurement device. The measurement device is placed on the user's footwear. The measurement device measures spatial acceleration and spatial angular velocity according to the user's gait. The measurement device generates sensor data based on the measured spatial acceleration and spatial angular velocity. The measurement device outputs the generated sensor data to the interpolation device. The interpolation device has a receiving unit, a gait information processing unit, a missing information processing unit, a storage unit, an interpolation unit, and a transmission unit. The receiving unit receives the sensor data transmitted from the measurement device. The gait information processing unit generates time-series data of the sensor data. The gait information processing unit generates a gait waveform for each gait cycle using the time-series data of the sensor data related to the movement of the foot, and identifies a missing section of data in the time-series data. The gait information processing unit stores information about the generated gait waveform and the identified missing section in the storage unit. The storage unit stores the gait waveform, information about the missing section, and a repair waveform in which the missing section is interpolated. The missing information processing unit calculates the gait phase of the identified missing section. The interpolation unit generates interpolation data for the missing section based on a representative value of data for each walking phase included in the missing section in a data group of walking waveforms of multiple walking cycles used for interpolating the missing section. For example, the interpolation unit generates the interpolation data for the missing section using a deviation value of data for each walking phase included in the missing section. The interpolation unit interpolates the generated interpolation data into the missing section. The gait measurement device acquires from the interpolation device a gait waveform that does not include the missing section generated by the interpolation device using time-series data of the sensor data, and a gait waveform in which the interpolation device has interpolated data for the missing section. The gait measurement device measures the user's gait based on walking events detected from the acquired gait waveform. The gait measurement device outputs information related to the measured gait of the user.
本実施形態の手法では、歩行の周期性に着目し、ユーザの歩行に応じて計測されるセンサデータの時系列データに発生したデータの欠損区間を補間する補間データを生成する。本実施形態の手法では、欠損区間に含まれる歩行フェーズごとのデータの代表値に基づいて、補間データを生成する。本実施形態の手法では、時系列データから生成された複数の歩行周期の歩行波形のデータの分布に基づいて、補間データを生成する。本実施形態の手法によれば、全体的な分布に基づいて補間データを生成することで、突発的な異常を含む歩行波形のデータが平滑化されるため、欠損区間のデータをより高精度に復元できる。 In the method of this embodiment, attention is focused on the periodicity of walking, and interpolation data is generated to fill in missing sections of data that occur in time-series data of sensor data measured in response to the user's walking. In the method of this embodiment, interpolation data is generated based on a representative value of data for each walking phase included in the missing section. In the method of this embodiment, interpolation data is generated based on the distribution of walking waveform data for multiple walking cycles generated from the time-series data. According to the method of this embodiment, by generating interpolation data based on the overall distribution, walking waveform data including sudden abnormalities is smoothed, so that data in the missing section can be restored with higher accuracy.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る補間装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の補間装置は、第1~第2の実施形態の補間装置を簡略化した構成である。図26は、本実施形態の補間装置32の構成の一例を示すブロック図である。補間装置32は、歩容情報処理部322、欠損情報処理部323、および補間部326を備える。
Third Embodiment
Next, an interpolation device according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. The interpolation device of this embodiment has a simplified configuration of the interpolation devices of the first and second embodiments. Fig. 26 is a block diagram showing an example of the configuration of an
歩容情報処理部322は、足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成するとともに、時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する。欠損情報処理部323は、特定された欠損区間の歩行フェーズを計算する。補間部326は、欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、欠損区間の歩行フェーズのデータを用いて、欠損区間を補間する補間データを生成する。補間部326は、生成された補間データを欠損区間に補間する。The gait
本実施形態によれば、歩行の周期性に着目して生成された補間データを用いるため、センサデータの時系列データに含まれるデータの欠損区間の特徴を含めて、欠損区間のデータを補間できる。 According to this embodiment, interpolated data generated with a focus on the periodicity of walking is used, so that data for missing sections can be interpolated, including the characteristics of the missing sections of data contained in the time series data of the sensor data.
(ハードウェア)
ここで、本開示の各実施形態に係る制御や処理を実行するハードウェア構成について、図27の情報処理装置90を一例として挙げて説明する。なお、図27の情報処理装置90は、各実施形態の制御や処理を実行するための構成例であって、本開示の範囲を限定するものではない。
(Hardware)
Here, a hardware configuration for executing the control and processing according to each embodiment of the present disclosure will be described using an
図27のように、情報処理装置90は、プロセッサ91、主記憶装置92、補助記憶装置93、入出力インターフェース95、および通信インターフェース96を備える。図27においては、インターフェースをI/F(Interface)と略記する。プロセッサ91、主記憶装置92、補助記憶装置93、入出力インターフェース95、および通信インターフェース96は、バス98を介して、互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ91、主記憶装置92、補助記憶装置93、および入出力インターフェース95は、通信インターフェース96を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。As shown in FIG. 27, the
プロセッサ91は、補助記憶装置93等に格納されたプログラムを、主記憶装置92に展開する。プロセッサ91は、主記憶装置92に展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置90にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ91は、本実施形態に係る制御や処理を実行する。The
主記憶装置92は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置92には、プロセッサ91によって、補助記憶装置93等に格納されたプログラムが展開される。主記憶装置92は、例えばDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリによって実現される。また、主記憶装置92として、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)などの不揮発性メモリが構成/追加されてもよい。The
補助記憶装置93は、プログラムなどの種々のデータを記憶する。補助記憶装置93は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって実現される。なお、種々のデータを主記憶装置92に記憶させる構成とし、補助記憶装置93を省略することも可能である。The
入出力インターフェース95は、規格や仕様に基づいて、情報処理装置90と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース96は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース95および通信インターフェース96は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。The input/
情報処理装置90には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器が接続されてもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成としてもよい。プロセッサ91と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース95に仲介させればよい。
If necessary, input devices such as a keyboard, mouse, or touch panel may be connected to the
また、情報処理装置90には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置90には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置(図示しない)が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース95を介して情報処理装置90に接続すればよい。The
また、情報処理装置90には、ドライブ装置が備え付けられてもよい。ドライブ装置は、プロセッサ91と記録媒体(プログラム記録媒体)との間で、記録媒体からのデータやプログラムの読み込み、情報処理装置90の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。ドライブ装置は、入出力インターフェース95を介して情報処理装置90に接続すればよい。The
以上が、本発明の各実施形態に係る制御や処理を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図27のハードウェア構成は、各実施形態に係る制御や処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る制御や処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。記録媒体は、例えば、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)などの光学記録媒体で実現できる。記録媒体は、USB(Universal Serial Bus)メモリやSD(Secure Digital)カードなどの半導体記録媒体によって実現されてもよい。また、記録媒体は、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現されてもよい。プロセッサが実行するプログラムが記録媒体に記録されている場合、その記録媒体はプログラム記録媒体に相当する。The above is an example of a hardware configuration for enabling the control and processing according to each embodiment of the present invention. The hardware configuration in FIG. 27 is an example of a hardware configuration for executing the control and processing according to each embodiment, and does not limit the scope of the present invention. In addition, a program that causes a computer to execute the control and processing according to each embodiment is also included in the scope of the present invention. Furthermore, a program recording medium on which a program according to each embodiment is recorded is also included in the scope of the present invention. The recording medium can be realized, for example, by an optical recording medium such as a CD (Compact Disc) or a DVD (Digital Versatile Disc). The recording medium may be realized by a semiconductor recording medium such as a USB (Universal Serial Bus) memory or an SD (Secure Digital) card. The recording medium may also be realized by a magnetic recording medium such as a flexible disk or other recording medium. When a program executed by a processor is recorded on a recording medium, the recording medium corresponds to a program recording medium.
各実施形態の構成要素は、任意に組み合わせてもよい。また、各実施形態の構成要素は、ソフトウェアによって実現されてもよいし、回路によって実現されてもよい。The components of each embodiment may be combined in any manner. The components of each embodiment may be realized by software or by circuitry.
以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. Various modifications that can be understood by a person skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
1、2 歩容計測システム
11、21 計測装置
12、22、32 補間装置
13、23 歩容計測装置
111 加速度センサ
112 角速度センサ
113 制御部
115 送信部
121、221 受信部
122、222、322 歩容情報処理部
123、223、323 欠損情報処理部
125、225 記憶部
126、226、326 補間部
128、228 送信部
131 取得部
132 検出部
133 歩容計測部
REFERENCE SIGNS
Claims (9)
特定された前記欠損区間の歩行フェーズを計算する欠損情報処理手段と、
前記欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、前記欠損区間の前記歩行フェーズのデータを用いて、前記欠損区間を補間する補間データを生成し、生成された前記補間データを前記欠損区間に補間する補間手段と、を備え、
前記補間手段は、
前記時系列データに含まれる前記欠損区間に関して、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータが欠損していない少なくとも一つの前記歩行波形から、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータを少なくとも一つ選択し、
選択された前記歩行フェーズのデータを用いて、前記補間データを生成する補間装置。 a gait information processing means for generating a gait waveform for each gait cycle using time series data of the sensor data relating to foot movement and for identifying a data missing section in the time series data;
A missing information processing means for calculating a walking phase of the identified missing section;
an interpolation means for generating interpolation data for interpolating the missing section using data of the walking phase of the missing section in a walking waveform having a walking cycle different from a walking cycle including the missing section, and for interpolating the generated interpolation data into the missing section ;
The interpolation means
With respect to the missing section included in the time series data, at least one piece of data of the walking phase included in the missing section is selected from at least one of the walking waveforms in which data of the walking phase included in the missing section is not missing;
An interpolation device that generates the interpolated data using data of the selected walking phase .
前記時系列データから一歩行周期分の波形を切り出し、
切り出された前記波形に含まれる前記歩行フェーズを正規化して前記歩行波形を生成する請求項1に記載の補間装置。 The walking information processing means includes:
A waveform for one walking cycle is extracted from the time series data,
The interpolation device according to claim 1 , wherein the walking waveform is generated by normalizing the walking phase included in the extracted waveform.
複数の前記歩行周期の前記歩行波形から選択された前記歩行フェーズのデータの平均値を計算し、
算出された前記歩行フェーズのデータの平均値を用いて、前記補間データを生成する請求項1または2に記載の補間装置。 The interpolation means
Calculating an average value of data of the walking phase selected from the walking waveforms of the plurality of walking cycles;
3. The interpolation device according to claim 1, wherein the interpolated data is generated using an average value of the calculated data of the walking phase.
遊脚相と比べてデータの変動が小さい立脚相に含まれる歩行ピリオドに関しては、解析的な手法で前記補間データを生成し、
前記立脚相と比べてデータの変動が大きい前記遊脚相に含まれる歩行ピリオドに関しては、前記欠損区間を含む前記歩行周期とは異なる前記歩行周期のデータを用いて前記補間データを生成する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の補間装置。 The interpolation means
For a walking period included in the stance phase in which data fluctuation is smaller than that of the swing phase , the interpolated data is generated using an analytical method;
4. The interpolation device according to claim 1, wherein, for a walking period included in the swing phase in which data fluctuation is larger than that of the stance phase, the interpolated data is generated using data of a walking cycle different from the walking cycle including the missing section.
前記欠損区間の補間に用いられる複数の前記歩行周期の前記歩行波形のデータ群における、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズごとのデータの代表値に基づいて、前記欠損区間の前記補間データを生成する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の補間装置。 The interpolation means
5. The interpolation device according to claim 1, wherein the interpolation data for the missing section is generated based on a representative value of data for each of the walking phases included in the missing section in a data group of the walking waveform for a plurality of the walking cycles used for interpolating the missing section.
前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズごとのデータの偏差値を用いて、前記欠損区間の前記補間データを生成する請求項5に記載の補間装置。 The interpolation means
The interpolation device according to claim 5 , wherein the interpolation data for the missing section is generated using a deviation value of data for each of the walking phases included in the missing section.
ユーザの履物に配置され、前記ユーザの歩行に応じて空間加速度および空間角速度を計測し、計測された前記空間加速度および前記空間角速度に基づくセンサデータを生成し、生成された前記センサデータを前記補間装置に出力する計測装置と、
前記センサデータの時系列データを用いて前記補間装置が生成した欠損区間を含まない歩行波形と、前記補間装置が欠損区間のデータを補間した歩行波形とを前記補間装置から取得し、取得した前記歩行波形から検出される歩行イベントに基づいて前記ユーザの歩容を計測し、計測された前記ユーザの歩容に関する情報を出力する歩容計測装置と、を備える歩容計測システム。 An interpolation device according to any one of claims 1 to 6 ,
a measurement device that is arranged in a user's footwear, measures spatial acceleration and spatial angular velocity in response to the user's walking, generates sensor data based on the measured spatial acceleration and spatial angular velocity, and outputs the generated sensor data to the interpolation device;
a gait measurement device that acquires, from the interpolation device, a gait waveform that does not include missing sections that is generated by the interpolation device using time-series data of the sensor data and a gait waveform in which the interpolation device interpolates data of the missing sections, measures a gait of the user based on walking events detected from the acquired gait waveform, and outputs information regarding the measured gait of the user.
足の動きに関するセンサデータの時系列データを用いて歩行周期ごとの歩行波形を生成し、
前記時系列データにおけるデータの欠損区間を特定し、
特定された前記欠損区間の歩行フェーズを計算し、
前記欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、前記欠損区間の前記歩行フェーズのデータを用いて、前記欠損区間を補間する補間データを生成し、
生成された前記補間データを前記欠損区間に補間し、
前記補間において、
前記時系列データに含まれる前記欠損区間に関して、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータが欠損していない少なくとも一つの前記歩行波形から、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータを少なくとも一つ選択し、
選択された前記歩行フェーズのデータを用いて、前記補間データを生成する補間方法。 The computer
A walking waveform is generated for each walking cycle using time series data of the sensor data regarding the movement of the feet.
Identifying a data missing section in the time series data;
Calculate the walking phase of the identified missing section;
generating interpolation data for interpolating the missing section using data of the walking phase of the missing section in a walking waveform having a walking cycle different from the walking cycle including the missing section;
The generated interpolation data is interpolated into the missing section ;
In the interpolation,
With respect to the missing section included in the time series data, at least one piece of data of the walking phase included in the missing section is selected from at least one of the walking waveforms in which data of the walking phase included in the missing section is not missing;
An interpolation method for generating the interpolated data using data of the selected walking phase .
前記時系列データにおけるデータの欠損区間を特定する処理と、
特定された前記欠損区間の歩行フェーズを計算する処理と、
前記欠損区間を含む歩行周期とは異なる歩行周期の歩行波形における、前記欠損区間の前記歩行フェーズのデータを用いて、前記欠損区間を補間する補間データを生成する処理と、
生成された前記補間データを前記欠損区間に補間する処理と、
前記補間する処理において、
前記時系列データに含まれる前記欠損区間に関して、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータが欠損していない少なくとも一つの前記歩行波形から、前記欠損区間に含まれる前記歩行フェーズのデータを少なくとも一つ選択する処理と、
選択された前記歩行フェーズのデータを用いて、前記補間データを生成する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。 A process of generating a walking waveform for each walking cycle using time series data of the sensor data related to foot movement;
A process of identifying a data missing section in the time series data;
A process of calculating a walking phase of the identified missing section;
A process of generating interpolation data for interpolating the missing section using data of the walking phase of the missing section in a walking waveform having a walking cycle different from a walking cycle including the missing section;
A process of interpolating the generated interpolation data into the missing section;
In the interpolation process,
selecting at least one piece of data of the walking phase included in the missing section from at least one of the walking waveforms having no missing data of the walking phase included in the missing section, for the missing section included in the time series data;
and generating the interpolated data using data of the selected walking phase .
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